The building

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SOMMARIO

I NC O P E R T I N A

3

SELEZIONE DI ELETTRONICA giugno 2015

Data Modul ha presentato i primi sensori del-la nuova generazione Sito (Single sided Ito). Si trat-ta di una tecnologia Pcap realizzata da un lay-out di X e Y (Ito) sullo stesso lato del substrato di vetro me-diante ponti come isolanti nei punti di attraversa-mento di entrambi gli elettrodi. I sensori EasyTouch Sito vengono prodotti su una linea di produzione di ltri Tft/colore su un singolo substrato di vetro in-sieme a un vetro di copertura con in-house Loca (Li-quid Oca) bonding fornito da Data Modul. Que-sta nuova tecnologia produttiva permette di avere

un bezel ultra-sottile grazie alla struttura molto ne.I sensori EasyTouch Sito si abbinano al controller maXTouch T Series di Atmel. Tra gli altri vantaggi dei sensori realizzati in tecnologia Sito rispetto a quelli con stack standard tipo G/F/F e G/G ci sono il range di tem-peratura maggiore, da -30 a + 85 °C, e un rapporto tra segnale e rumore molto elevato, oltre alla possibilità di indossare i guanti e di utilizzare il touchscreen in condi-zioni di elevata umidità. Gli schermi EasyTouch in tec-nologia Sito sono attualmente disponibili in dimensio-ni da 7, 10, 1, 12, 1, 15, 6 e 21,5 pollici.

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VII

in questo numero • focus aerospazio • report componenti programmabili giugno 2015

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22

26

70

RUBRICHE11 PRIMA PAGINA - UNIVERSITÀ E INDUSTRIA, INSIEME PER CREARE RICCHEZZA Pierantonio Palerma

12 MERCATI - PREVISIONI & TENDENZE Laura Reggiani

14 AZIENDE - NOTIZIE DALLE IMPRESE HI-TECH a cura della redazione

18 PRODOTTI - SOLUZIONI PER L’INDUSTRIA ELETTRONICA a cura della redazione

98 AGENDA - FIERE & CONVEGNI a cura della redazione

ATTUALITA’

22 AUTOMOTIVE - L’AUTOMOBILE DIVENTA AMBIENTE DI TRASPORTO Mario Malcangi

FOCUS

AEROSPAZIO26 INGORGO SPAZIALE Antonello Messina

30 LA RICERCA COSMOLOGICA TROVA SUPPORTO NEGLI FPGA34 UNO SPETTROMETRO DI MASSA INDAGA LE COMETE37 TECNOLOGIE INTELLIGENTI PER LA SORVEGLIANZA E LA RICOGNIZIONE40 RILEVARE LA CORRENTE NEI VEICOLI SPAZIALI44 DALLE SCATOLE NERE ALL’IOT48 APPROVVIGIONAMENTO A VITA PER LO SPAZIO

IN VETRINA

50 CADENCE - UN DSP FLESSIBILE, SCALABILE E DAI CONSUMI ULTRARIDOTTI Laura Reggiani

IN COPERTINA 52 TOUCHSCREEN - TECNOLOGIA SITO PER I TOUCH DEL FUTURO Stefano Bisio

TECNOLOGIE56 MICROCONTROLLORI - NON SOLO TIME-TO-MARKET Steve Norman

59 CIRCUITI INTEGRATI - IL SILICIO COME VALIDA ALTERNATIVA AL GAS Chris Stephens

62 AUTOMOTIVE - ALIMENTARE L’INFOTAINMENT N. Hanagami, S. Knoth e M. Merchant

66 CIRCUITI INTEGRATI - FUNZIONALITÀ ALL’AVANGUARDIA PER UN RIPRODUTTORE MP3 Dave Sroka

68 SPETTROSCOPIA - L’EVOLUZIONE DELLA SPETTROSCOPIA NEL VICINO INFRAROSSO Joe Siddall

REPORT

COMPONENTI PROGRAMMABILI70 VERSO LA PROGRAMMABILITÀ DI SISTEMA Mario Malcangi

76 LA TECNOLOGIA FINFET DA 16NM BATTE LA LEGGE DI MOORE78 MISURE DI PROTEZIONE PER PROGETTARE FPGA

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SOMMARIO

590

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n. 84 - giugno 2015

IN QUESTO NUMERO DIPower electronics

83 PRODOTTI - SOLUZIONI PER L’ELETTRONICA DI POTENZA

a cura della redazione

IN VETRINA

86 MICROCHIP - MAGGIORI PRESTAZIONI PER APPLICAZIONI DI DIGITAL POWER Laura Reggiani

88 TEXAS INSTRUMENTS - INNOVAZIONI NELLA POTENZA Laura Reggiani

TECNOLOGIE

90 BATTERIE - COSTRUZIONE DI UN SIMULATORE ELETTRONICO DI BATTERIE Jon Munson

93 CONVERTITORI - UN MICRO PER PROGETTARE CONVERTITORI BUCK E BOOST Mihnea Rosu

96 ALIMENTATORI - ALIMENTATORI DIGITALI VERSO ANALOGICI Frank Bidwell

IN QUESTO NUMERO DIPower eIN QUESTO NUMERO DIPower eIN QUESTO NUMERO DIlectronics

IN QUESTO NUMERO DIlectronics

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ASSOCIATO A:

DIRETTORE RESPONSABILE Ivo Alfonso Nardella

DIRETTORE EDITORIALE Pierantonio Palerma REDAZIONE Laura Reggiani [Responsabile di Redazione] UFFICIO GRAFICO Elisabetta Delfini [Coordinatore] Elisabetta Buda, Patrizia Cavallotti, Elena Fusari, Laura Itolli, Luciano Martegani, Cristina Negri, Luca Rovelli

SEGRETERIA DI REDAZIONE NEW BUSINESS MEDIA Anna Alberti, Donatella Cavallo, Paola Melis

COLLABORATORI Massimiliano Luce, Mario Malcangi, Antonello Messina, Luisa Musso

PROPRIETARIO ED EDITORE: New Business Media srl

SEDE LEGALE E OPERATIVA: Via Eritrea, 21 - 20157 Milano Tel. +39 02 92984.1

UFFICIO TRAFFICO E PUBBLICITÀ Cesare Gnocchi [Direttore] [email protected] Anna Boccaletti [Coordinamento] [email protected] Tel. +39 02 92984.541 Carlo Rosa [email protected] Tel. +39 02 92984.548

STAMPA Faenza Group - Faenza Via Vittime Civili di Guerra, 35 - 48018 Faenza (RA)

SERVIZIO ABBONAMENTI: Tel. +39 02 3909.0440 [email protected] Prezzo di una copia 5,00 euro presso l’Editore (arretrati 8,00 euro) Prezzo abbonamento Italia 43,00 euro Conto corrente postale n. 1017908581 Banca Intesa San Paolo Ag. 2122 Bonifico bancario su IBAN: IT-98-G-03069-09504-100000009929 Intestato a: New Business Media Srl L’abbonamento avrà inizio dal primo numero raggiungibile

Registrazione Tribunale di Milano n. 199 del 14 marzo 2005 ROC n. 24344 del 11 marzo 2014 | ISSN 1129-6941

GESTORE RETE: OVH San Donato Milanese

Responsabilità: la riproduzione delle illustrazioni e articoli pubblicati dalla rivista, nonché la loro traduzio-ne è riservata e non può avvenire senza espressa autorizzazione della Casa Editrice. I manoscritti e le illustra-zioni inviati alla redazione non saranno restituiti, anche se non pubblicati e la Casa Editrice non si assume re-sponsabilità per il caso che si tratti di esemplari unici. La Casa Editrice non si assume responsabilità per i casi di eventuali errori contenuti negli articoli pubblicati o di errori in cui fosse incorsa nella loro riproduzione sullarivista. Ai sensi del D.Lgs 196/03 garantiamo che i dati forniti saranno da noi custoditi e trattati con assoluta ri-servatezza e utilizzati esclusivamente ai fini commerciali e promozionali della nostra attività. I Suoi dati potranno essere altresì comunicati a soggetti terzi per i quali la conoscenza dei Suoi dati risulti necessaria o comunque funzionale allo svolgimento dell’attività della nostra Società. Il titolare del trattamento è: New Business Media Srl, Via Eritrea 21, 20157 Milano. Al titolare del trattamento Lei potrà rivolgersi al numero 02 3909.0349 per far valere i Suoi diritti di retificazione, cancellazione, opposizione a particolari trattamenti dei propri dati, esplicitati all’art. 7 D.Lgs 196/03

[ www.elettronicanews.it ]N. 6 - Giugno 2015 - Anno LVIII

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Ftdi Chip 66

Future Electronics 14

Gartner 12

Green Hills 22

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Politecnico Torino 22

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Samsung 12

Semico Research 12

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STMicroelectronics 12, 18, 84

Strategy Analytics 12

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Gennaio/January focus internet delle cose

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Febbraio/February focus medicale & benessere

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report ic analogici

analog ICs

inserto elettronica di potenza

power electronics

Marzo/March focus domotica

home automation

report strumenti di progettazione

electronic design automation

Aprile/April focus infointrattenimento in auto

car infotainment

report ic audio

audio ICs


power electronics

Maggio/May focus contatori intelligenti

smart meters

report sensori intelligenti

smart sensors

Giugno/June focus aerospazio

aerospace

report logiche programmabili

programmable logics


power electronics

Luglio-Agosto/July-August focus illuminazione

lighting

report componenti passivi

passive components

Settembre/September focus automotive

automotive

report interfacce uomo-macchina

human-machine interface


power electronics

Ottobre/October focus distribuzione

distribution

report ic video

video ICs

Novembre/November focus sistemi indossabili

wearable systems

report microcontrollori

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power elettronica di potenza

power electronics

Dicembre/December focus sorveglianza & sicurezza

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report memorie

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11

prima pagina

giugno 2015

Pierantonio Palerma

Università e industria,insieme per creare ricchezzaA metà maggio, a Roma si sono dati

appuntamento i docenti universitari delle facoltà elettroniche italiane

insieme ai loro allievi più brillanti. Due giorni densi di innovazione. Ho contato una trentina di presentazioni di progetti e studi innovativi, la stragrande maggioranza con immediate possibili applicazioni concrete. Insomma, idee fruibili per creare vere e proprie opportunità di business in settori ad alto potenziale di crescita: sistemi embedded, sensori intelligenti, sanità e salute, Internet delle Cose. Erano presenti professori e ragazzi provenienti da ogni parte d’Italia, dalla Sicilia alla Lombardia passando per Roma e Pisa. Non solo. Alle due giornate ha partecipato anche una rappresentanza, non troppo nutrita ma significativa, di aziende: STMicroelectronics, Finmeccanica, Beghelli, Digi-Key… Tutti con un obiettivo comune: cercare di capire come sia possibile creare una collaborazione virtuosa tra università, ricerca e industria per offrire un vantaggio competitivo alla nostra Azienda Italia.

Sono uscito da queste due giornate francamente rincuorato. Non solo perché Roma, a maggio,

è davvero splendida. Ma soprattutto perché ho incontrato persone davvero in gamba. Professori universitari che hanno davvero voglia di contribuire allo sviluppo dell’innovazione e di dialogare con l’industria (e non ne faccio i nomi, solo perché temo di dimenticarne qualcuno).

Ragazzi brillanti, capaci di sviluppare un’idea appassionandosene e presentandola con professionalità a una platea attenta e critica. Aziende che hanno capito che serve guardare avanti, con coraggio.

Anche noi di Selezione di Elettronica vogliamo partecipare a questo sforzo collettivo per creare

ricchezza, aiutando l’industria elettronica italiana a essere sempre più competitiva. Con il nostro premio Innovation Design Contest, riservato a laureandi o dottorandi che hanno proposto lavori giudicati eccellenti da una giuria di esperti. O con il nostro Start-Up Contest che vuole aiutare neo-aziende ad avere successo sul mercato, mettendo a disposizione fino a 25mila euro in supporto di vario tipo, anche economico. Andate sul sito (www.elettronicanews.it/innovation-2015), guardate di cosa si tratta, dateci il vostro contributo.

Noi siamo convinti che tutti possiamo avere un ruolo per migliorare la competitività dell’Azienda Italia. E

abbiamo intenzione di fare la nostra parte.


IN BREVE

mercatia cura di Laura Reggiani

PREVISIONI & TENDENZE12

Nelle città intelligenti 1,1 miliardi di oggetti connessi L’urbanizzazione continua sta esercitando una pressione senza precedenti

sui sindaci delle città per trovare continuamente soluzioni equilibrate nella costante sfida tra i vincoli nel reperimento e uso delle risorse e gli interessi della sostenibilità ambientale. Stando a quanto affermato da Gartner e riportato nella tabella, quest’anno nelle città “intelligenti” verranno utilizzati oltre 1,1 miliardi di oggetti connessi, e il loro numero salirà a 9,7 miliardi entro il 2020; e se quest’anno il 45% di questi oggetti si troveranno nelle abitazioni e negli edifici commerciali “smart”, tale percentuale dovrebbe salire all’81% nel 2020. “Le città intelligenti rappresentano una grande opportunità, in termini di fatturato, per i fornitori di tecnologie e servizi collegati, ma i fornitori devono ora iniziare a pianificare, a impegnare e posizionare le loro offerte”, ha commentato Bettina Tratz-Ryan, vicepresidente delle ricerche presso l’agenzia. Per “smart city”, poi, Gartner intende un’area urbana in cui diversi settori cooperano per ottenere risultati sostenibili attraverso l’analisi contestuale delle informazioni provenienti dagli specifici settori, condivise in tempo reale e attraverso l’uso dei sistemi operativi di tipo tecnologico. “La maggior parte degli investimenti in Internet of Things destinati alle città smart proverrà dal settore privato, il che costituisce una buona notizia per i fornitori di tecnologie e servizi, perché quest’ultimo garantisce dei più brevi cicli di fornitura rispetto al settore pubblico”, ha aggiunto Tratz-Ryan. All’interno delle abitazioni residenziali, infatti, il numero di oggetti connessi - tra cui emergono prodotti di illuminazione a Led, sistemi per il monitoraggio domestico della salute, serrature intelligenti e sensori per diversi tipi di necessità, quali il rilevamento del movimento o del monossido di carbonio - dovrebbe oltrepassare unitariamente il miliardo, entro il 2017.

12 miliardi nella gestione della potenza

Il passaggio ai dispositivi por-tatili ha dato una forte spinta

al mercato analogico: per inter-facciarsi col mondo reale attra-verso telecamere, per le tecno-logie tattili, il controllo dei ge-sti, le applicazioni audio e vi-deo, sono sempre necessarie funzionalità di tipo analogico; i circuiti integrati per la gestio-ne del power, inoltre, sono de-cisivi per il successo di questi dispositivi. Per queste ragioni, Semico Research ha dedica-to al mercato analogico un re-cente report, in cui lo ha sud-diviso in 35 settori, per poi ipo-tizzare delle stime che arriva-no al quarto trimestre del 2018 e includono 52 aziende di tipo foundry, Idm e fabless. In base a tale studio, sembra che il fattu-rato totale degli analogici abbia l’anno scorso superato i 43 mi-liardi di dollari e che sia desti-nato entro il 2018 a vendere 130 miliardi di unità. A quella data, il fatturato generato dalla ge-stione del power risulterà pari a 12 miliardi, e il 49% di tutti i cir-cuiti analogici per applicazioni specifiche sarà relativo all’am-bito delle comunicazioni.

Crescono i sensori d’immagine Cmos

Il mercato dei sensori d’imma-gine Cmos per smartphone,

che nel 2014 si è ampliato del 28,5% fino a contare 2,41 miliar-di di unità, è dominato da So-ny, Samsung e Omnivision, che insieme hanno contribui-to per almeno il 60% delle ven-dite totalizzate durante l’an-no passato. Samsung, poi, de-tiene - stando a un’indagine di Strategy Analytics - un sot-tile vantaggio rispetto a Sony,

LA CRESCITA DEGLI OGGETTI CONNESSI INSTALLATI NELLE SMART CITY

Settore 2015 2016 2017

Medicale & Benessere 9,7 15,0 23,4

Servizi pubblici 97,8 126,4 159,5

Edifici commercialiintelligenti 206,2 354,6 648,1

Case intelligenti 294,2 586,1 1.067,0

Trasporti 237,2 298,9 371,0

Utilities 252,0 304,9 371,1

Altro 10,2 18,4 33,9

Totale 1.107,3 1.704,2 2.674,0

(FONTE GARTNER - IN MILIONI DI UNITÀ)

mercati

13

che ha sostituito Omnivision nelle vendite per gli smartpho-ne di Apple; altri nomi di ri-lievo nel settore risultano co-munque Toshiba, On Semi e STMicroelectronics. Quanto ai prodotti, inoltre, si può no-tare come i sensori d’immagi-ne destinati alle telecamere principali hanno costituito nel 2014 il 55,4% del totale di quelli venduti in questo ambito, men-tre i sensori per le telecamere situate nella parte frontale del cellulare (quelle rivolte verso l’utente) hanno rappresentato il restante 44,6%.

Grazie ad Apple, Bosch resta

in prima linea

La domanda di dispositivi a Mems sembra essere au-

mentata del 5,7% nel 2014, se-condo le ricerche condotte da Ihs Technology, che ha iden-tificato in Bosch la prima for-nitrice di tecnologie in un mer-cato guidato da Apple. Di-chiarando infatti che nel 2014 il mercato valeva 9,45 miliardi di dollari, Ihs ha affermato che Bosch ne avrebbe detenuto il 12% delle vendite, per un valo-re di 1,17 miliardi; secondo l’a-nalista Jeremie Bouchard, poi, Apple avrebbe stimolato lo sviluppo del fatturato ot-tenuto da Bosch nei Mems, a motivo della posizione di quest’ultima, quale unica for-nitrice di sensori di pressio-ne per l’iPhone 6 e 6+. Bosch, inoltre, sarebbe stata in gra-do di suscitare un notevole aumento della domanda gra-zie ai propri sensori di movi-mento combo, richiesti da So-ny per la PS4 e per cellulari e tablet. Anche l’automotive, in-fine, contribuisce per il 67% al fatturato aziendale relati-vo ai Mems: di questo merca-to, Bosch detiene il 30%, ossia oltre il triplo del suo più vicino competitor, Denso.

Usa e Cina trainano il mercato industriale Nel corso dei prossimi anni Ihs Technology prevede che il mercato dei

semiconduttori per l’industriale seguirà un tasso di crescita del 9,7%, portando il fatturato relativo a dai 34,8 miliardi di dollari registrati nel 2013 a 55,2 miliardi nel 2018. Stando alle indagini pubblicate, infatti, sembra che l’automazione industriale, il controllo degli edifici e delle abitazioni (tramite telecamere Ip e altri prodotti di videosorveglianza) e i velivoli commerciali stiano promuovendo la richiesta di semiconduttori per l’industriale, soprattutto negli Stati Uniti e in Cina, dove gli investimenti da parte delle aziende risultano più significativi, così come la crescita economica. Nel 2013, questi due Paesi hanno contribuito rispettivamente per il 30,5% e il 14% del totale delle vendite di semiconduttori utilizzati nelle applicazioni industriali. A livello globale, poi, nel terzo trimestre del 2014 le vendite di questo settore si sono incrementate

del 4,7%, rispetto al trimestre precedente; entro la fine dell’anno scorso, tale mercato ha assistito a uno sviluppo stimato pari al 16,8%, rispetto a quello del 2013. Quanto ai prodotti, tra il 2013 e il 2014 la domanda è risultata particolarmente notevole in relazione ai Led ottici, il cui mercato si è ampliato del 23,4% ed è salito da 6,3 a 7,7 miliardi di dollari; i transistor di potenza discreti e i tiristori hanno invece ottenuto uno sviluppo del 13,4%, salendo da 5,5 a 6,3 miliardi. Più a lungo termine, le vendite di chip ottici per applicazioni industriali saliranno dagli 8,6 miliardi del 2013 ai 15,9 miliardi previsti per il 2018. Al termine del periodo, i Led per l’illuminazione generale, che dovrebbero aver costituito nel 2013 il 72% di tale settore di mercato, rappresenteranno il 78,4%, mentre gli accoppiatori ottici, usati nell’azionamento dei motori nell’automazione industriale e nella distribuzione, conversione e immagazzinamento dell’energia, costituiranno la seconda maggiore categoria di prodotto. Il fatturato generato dai semiconduttori analogici, infine, aumenterà dai 6,7 miliardi del 2013 a 9,9 miliardi entro la deadline considerata, mentre i discreti subiranno un incremento che li porterà a totalizzare 8,6 miliardi, a partire dai 6,4 del 2013.

L’ANDAMENTO DEL MERCATO GLOBALE DEI SEMICONDUTTORI PER APPLICAZIONI INDUSTRIALI

(FONTE IHS TECHNOLOGY - MILIONI DI DOLLARI)

giugno 2015


aziendea cura della Redazione

NOTIZIE DALLE IMPRESE HI-TECH14


SERVIZI

Avnet Memec offre un supporto completoper il fine vita dei prodotti

Avnet Memec, grazie a un accordo con Rochester Electronics, è ora in grado di ga-rantire ai propri clienti il massimo supporto per una lunga vita dei loro prodotti. Ro-

chester è specializzata infatti in soluzioni Extension-of-Life, un marchio creato proprio per affermare il supporto ai semiconduttori maturi e ormai fuori produzione. I compo-nenti Rochester presenti nella linecard di Avnet Memec offrono ai clienti un pacchet-to di supporto completo, dal momento della progettazione al completamento del ciclo di vita del prodotto. Questo nuovo servizio è particolarmente interessante soprattut-to per gli sviluppatori di prodotti destinati ai mercati industriale, aerospaziale e della difesa.

PREMI

L’Empowering Innovation Challenge di Mouser e Imahara

Mouser e il famoso ingegnere Grant

Imahara invitano gli ingegneri a partecipare alla Empowering Innovation Challenge di robotica. Grant chiederà ai partecipanti di risolvere un problema utilizzando il suo robot, conosciuto come “The Spider”. La sfida consiste nel descrivere in modo creativo cosa aggiungere per migliorare l’attuale robot realizzato da Grant per risolvere i problemi del mondo reale e spiegare perché quel particolare problema dovrebbe essere risolto. Dopo averla presentata onl-ine tramite Mouser.com, i partecipanti sono invitati a condividere la propria idea con gli amici attraverso i social media per ottenere voti. Per votare basta andare alla pagina web Empowering Innovation Challenge. Le tre idee più votate si qualificheranno per un premio. L’obiettivo della gara dedicata alla comunità di ingegneri consiste nel condividere le idee on-line.

NOMINE

McDonald responsabile europeo di Parker Chomerics

Parker Chomerics ha nominato Keith

McDonald European Sales Manager. McDonald sarà responsabile della rete di vendita diretta di Chomerics, i cui prodotti rappresentano il riferimento di mercato per garantire una corretta protezione dalle interferenze elettromagnetiche e la gestione del calore in tutte le applicazioni più innovative. Inoltre, sarà responsabile dei rapporti con i distributori e i rivenditori presenti nella regione Emea. Riportando

direttamente a Lou Yantosca, McDonald mette a servizio dell’azienda la sua esperienza maturata occupando diverse posizioni direttive in campo tecnico e commerciale.

DISTRIBUZIONE

Future propone i sensori di Ccs

Future Electronics ha siglato un accordo

globale di distribuzione in franchise con Cambridge Cmos Sensors. Future garantirà l’immediata disponibilità a magazzino dell’intera gamma di sensori di Ccs utilizzati in applicazioni quali monitoraggio della

qualità dell’aria e analisi del respiro (usato negli etilometri) nei propri centri di distribuzione dell’area Emea. Un’assistenza tecnica qualificata fornita dai Field Application Engineer locali di Future fornirà ai progettisti che operano presso gli Oem il supporto necessario per integrare i sensori di gas analogici di Ccs nei loro progetti. In base all’accordo raggiunto Future commercializzerà anche le versioni digitali di questi dispositivi di Ccs di prossima introduzione.

PREMI

Arrow Electronics Italia premiata da Linear Technology

Arrow Electronics Italia ha ricevuto

un riconoscimento per i

NOTIZIE DALLE IMPRESE HI-TECH

15risultati raggiunti nel 2014 in Italia. Il rappresentante europeo di Linear Technology Joseph Lechner e Sergio Franti, responsabile Linear Technology Italia, hanno consegnato il premio a Stefano Coletto, VP Sales Italia, in occasione dell’annuale Kick-off Meeting Sales Italia che si è svolto a Bardolino. “Riconosciamo e apprezziamo molto la continua crescita, la dedizione e l’impegno dimostrato dal management e dallo staff di Arrow, al cui intenso lavoro è dovuto questo riconoscimento”, ha detto Joseph Lechner.

PARTNERSHIP

Eurotech collabora con InVma nel segno di IoT e M2M

Eurotech ha avviato una partnership con InVma,

punto di riferimento nella fornitura di soluzioni e applicazioni IoT e M2M.

L’accordo di collaborazione offre a Eurotech e InVma la possibilità di coniugare capacità ed esperienze necessarie per fornire ai clienti una soluzione IoT/M2M completa, dai sensori, passando per i gateway intelligenti, fino alla piattaforma EC (Everyware Cloud) di Eurotech e ad applicazioni altamente flessibili per qualsiasi settore. Eurotech e InMva sono impegnate con molte risorse sul fronte M2M/IoT e collaboreranno per integrare la complessità delle tecnologie operative in un’infrastruttura software, una piattaforma di integrazione e applicazioni per gli utenti finali avanzate, efficienti e semplici da usare.

PARTNERSHIP

Altera nell’Industrial Internet Consortium

Altera entra a fare parte dell’Industrial Internet

Consortium, sorto per favorire lo sviluppo di un ecosistema globale dedicato all’Internet of Things. Altera sta collaborando con gli altri membri del consorzio nello sviluppo di una roadmap tecnica relativa alla realizzazione dell’Industrial

Internet, una rete di dispositivi e sensori intelligenti capaci di comunicare tra loro attraverso differenti protocolli, al fine di migliorare la produttività in un’ampia gamma di applicazioni. “Siamo felici che Altera si sia unita al Consorzio”, ha sottolineato Richard Soley, executive director, Industrial Internet Consortium. “Contiamo molto sulla loro esperienza per quanto riguarda le soluzioni Fpga e basate su SoC per lo sviluppo di sistemi IoT più flessibili e sicuri”.

EVENTI

Murata sponsor del padiglione Giappone a Expo 2015

Murata è uno degli sponsor del padiglione Giappone

all’ Expo Milano 2015.All’interno del tema centrale della manifestazione “Nutrire il pianeta. Energia per la vita”, l’argomento proposto nel padiglione del Giappone sarà “Armonia nella diversità”. All’interno del padiglione saranno allestite diverse scenografie che illustreranno la cultura del cibo in

DISTRIBUZIONE

Farnell distribuisce per primail kit d’avvio Arm mbed IoT

Farnell element14 ha stipulato un accordo con Arm in base al quale sarà la prima a stoccare il kit d’avvio Arm mbed IoT - Edizione Ethernet per la Fondazione Ibm In-

ternet of Things, lanciata di recente, dando così l’opportunità ad appassionati di tecno-logia in tutto il mondo di sperimentare ed innovare con l’Internet delle cose. Disponi-bile oggi presso element14, il nuovo kit d’avvio consente a chi ha poca o nessuna espe-rienza di embedded design o sviluppo web di muovere i primi passi in questo mondo in pochi minuti. L’interesse mondiale nell’Internet delle cose è grandissimo e secondo un recente sondaggio globale svolto presso oltre 3500 adulti e commissionato da ele-ment14, il 43% degli interpellati desidera collegare a Internet sempre più dispositivi e macchine. Il dato passa al 71% in Cina e India.

DISTRIBUZIONE

Ebv e Cypress rafforzano la collaborazione

Ebv Elektronik ha ampliato l’accordo di rappresentanza con Cypress. Ora, Ebv e i suoi clienti potranno accedere all’intero portfolio del produttore, compresi i prodotti

della Programmable Systems Division, che ospitano la famiglia di soluzioni embedded PSoC (System-on-chip programmabili) di Cypress. “Cypress è tradizionalmente forte in numerosi segmenti, tra cui l’automotive, il consumer, il medicale e l’industriale, oltre al settore aerospaziale e delle telecomunicazioni”, ha affermato Karim Khebere, vice president technical development di Ebv. “Questo è perfettamente in linea con gli sfor-zi di Ebv a fornire servizi, competenze e supporto tecnico di valore in queste aree di riferi-mento. Con l’ampliamento dell’accordo saremo in grado di allargare il nostro portfolio di prodotti e garantire servizio e supporto di alto livello”.

giugno 2015


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aziende

Giappone e le tecnologie che il Paese asiatico ha sviluppato per contribuire a risolvere un problema fondamentale come quello dell’alimentazione. Murata Boy, il robot ciclista sviluppato da Murata, rivestirà un ruolo attivo per l’intera durata della manifestazione. Murata Boy può viaggiare a una velocità massima di 2 km/h, sia in avanti sia all’indietro, ed è in grado di restare fermo seduto sulla sua bicicletta senza cadere.

PARTNERSHIP

Arrow e MultiTech estendono l’offerta M2M all’area Emea

Arrow e Multi-Tech Systems hanno firmato

un accordo che consentirà

ai clienti dell’area Emea di avvalersi della competenza combinata delle due società e del loro portafoglio di prodotti M2M. La combinazione di tecnologie ed esperienza permetterà agli Oem di accelerare lo sviluppo e l’integrazione dei loro prodotti con IoT. Arrow e MultiTech collaborano in Nord America da circa vent’anni. Arrow offre numerosi tipi di gateway intelligenti che consentono di connettere a Internet sensori e dispositivi embedded.

INTERNET

Rutronik24 in Italia con un proprio team

Con il proprio concetto di distribuzione

Rutronik24, la società si rivolge ad aziende che hanno necessità di ordinare componenti in piccole o medie quantità. Ora anche i clienti in Italia dispongono di un team di supporto locale, e lo stesso servizio è presente anche in Francia, Gran Bretagna, Svizzera, Belgio, Lussemburgo e Paesi Bassi. Fino ad oggi, solo la Germania aveva un proprio ufficio Rutronik24 dedicato di supporto alla distribuzione. Ora ben sei dipendenti Rutronik24 sono a disposizione dei clienti in Italia, prestando servizi interni ed esterni di supporto alla vendita. Dalla filiale Rutronik di Milano assistono e offrono consulenza ai clienti sul posto o per telefono. Il team internazionale di supporto alla vendita opera sotto la supervisione di Tilo Rollwa, director e-commerce presso Rutronik. I tool e-commerce della piattaforma rutronik24.com consentono ai clienti di organizzare il proprio flusso di lavoro in modo più efficiente e di risparmiare tempo e denaro.

NOMINE

Ansoleaga direttore vendite Sud Europa di Harwin

Harwin ha nominato Eneko Ansoleaga

direttore vendite Sud Europa. Secondo Ansolega “nei Paesi del Sud Europa è presente un settore produttivo ampio e diversificato. Il nostro catalogo di soluzioni tecnologiche abbraccia prodotti progettati per ambienti disagevoli. Dunque, noi abbiamo i componenti per rivolgerci a questo ampio territorio, e sono felicissimo che mi sia data l’opportunità di presentare in tali Paesi in nostri prodotti e tecnologie.”

PREMI

A On Semiconductor il Best Technology Award di Xiaomi

On Semiconductor ha vinto il Best Technology Award di Xiaomi, pioniere nel mondo smartphone. Nell’ag-

giudicarsi il premio, è risultato decisivo il livello elevato delle prestazioni tecnologiche raggiunte da On Semi-conductor e la sua prerogativa di fornire più di 45 com-ponenti tecnologici avanzati all’interno dell’ampia gam-ma di prodotti smartphone di Xiaomi. Altrettanto fon-damentale si è rivelata la capacità di fornire il più pic-colo package al mondo per la protezione Esd dei dispo-sitivi. Xiaomi è nata in Cina nel 2010 e in pochi anni è di-venuto il brand numero uno nella vendita di smartpho-ne nel suo Paese, nonché quinto produttore al mondo di tali dispositivi.

AZIENDE

Farnell propone una soluzione wireless per il mondo Education

Per il mondo “education”, Farnell element14 propone una soluzione wireless per la gestione della strumen-

tazione da laboratorio. La nuova soluzione TekSmart-Lab-Tsl3000A supporta fino a 120 strumenti (30 banchi di prova) su una singola piattaforma. Per molte istitu-ti universitari e college, implementare reti di strumen-ti pienamenti integrati e produttivi in classe può risul-tare un compito arduo. Utilizzare cavi Lan per esem-pio si rivela costoso per il dispendio di tempo, limiti al-la flessibilità e poiché molti strumenti sono privi di por-te Lan. TekSmartLab converte invece le porte Usb in in-terfaccia wireless attraverso un Wi-Fi-Usb Converter. TekSmartLab è impostato senza alcuna necessità di cavi Lan o configurazioni particolari.

TEST & MEASUREMENT

TEST & MEASUREMENT

Più che mai...... abbiamo bisogno di energia, di potenza e del nostro pianeta. Yokogawa è leader di mercato nelle tecnologie test & measurement innova-tive concentrandosi sulle s de legate alla conservazione dell’energia, dell’ef- cienza e della sostenibilità. Insieme ai nostri clienti aiutiamo a progettare, costruire e distribuire i prodotti di prossima generazione che migliorano la qualità della vita, la produttività e l’uso e ciente delle risorse del mondo.

E cienza energetica nell’uso quotidiano dei beni di consumo, nuove e più ecologiche modalità di trasporto e sviluppo delle fonti energetiche rinno-vabili sono alcune delle aree in cui, più che mai, Yokogawa sta cambiando il futuro di tutti per il meglio. Basta dare uno sguardo più attento allo WT1800 Power Analyzer.

Per maggiori informazioni sul nostro WT1800 Power Analy-zer scansiona il codice con il tuo smartphone, visita il sito tmi.yokogawa.com oppure contatta Yokogawa Italia Srl Via Pelizza da Volpedo 53 Cinisello Balsamo (MI) Tel. 02 66.055.214.Stiamo lavorando per un futuro sostenibile.

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NOTIZIE DALLE IMPRESE HI-TECH

SERVIZI

Rohde & Schwarz promuove la taratura on-site

Rohde & Schwarz ha studiato una promozione

interessante per i clienti dei propri servizi di taratura on-site. Chi acquisterà servizi di taratura on-site fino al 30 giugno 2016 riceverà un oscilloscopio HMO1002 da 100 MHz incluso nella fornitura senza costi aggiuntivi. Il servizio on-site offre la qualità e l’esperienza di Rohde & Schwarz presso la sede del cliente su tutta la strumentazione. La taratura sul posto consente di ridurre il tempo d’inattività della strumentazione, massimizzando la disponibilità. Inoltre una

taratura completa e precisa eseguita da Rohde & Schwarz consente di ridurre i rischi di una taratura mal eseguita e gli oneri amministrativi. Il servizio on-site, inoltre, elimina il rischio dei danni o della perdita nel corso del trasporto.

PREMI

Digi-Key si aggiudica l’Npi Award 2014 di TE Connectivity

TE Connectivity ha consegnato a Digi-Key

il New Product Introductions Award 2014. Questo premio è stato assegnato a Digi-Key per la consegna off-the-shelf della più ampia gamma di nuovi componenti TE nel settore industriale e per una serie di iniziative globali per i prodotti di TE. “Digi-Key vanta una delle basi clienti più importanti per noi”, ha sottolineato

Joan Wainwright, president, Channel and Customer Experience di TE. “Il contributo del loro team di marketing è eccezionale”. “Siamo felicissimi che i nostri sforzi siano riconosciuti e premiato”, ha replicato Chris Beeson, executive vice president for Sales and Supplier Management di Digi-Key. “L’obiettivo è di proseguire su questa stessa strada”.

PREMI

Mouser distributore dell’anno di Harwin

Harwin ha attribuito a Mouser il riconoscimento

Distributor of the Year Award 2014/2015 per l’Europa. Mouser ha incrementato in misura rilevante le vendite e il numero di clienti riguardanti il catalogo di Harwin. Grazie alla notevole rapidità di penetrazione del mercato, Mouser ha sostenuto il lancio della nuova gamma di connettori di potenza M300 di Harwin e all’espansione della gamma EZ-BoardWare di componenti con schermatura Emi, inclusi i contenitori supplementari, i kit di prototipo dei contenitori di schermatura

e i clip per il montaggio superficiale. Inoltre, si sono dimostrati eccellenti il livello e l’ampiezza delle scorte di magazzino.

DISTRIBUZIONE

Arrow offre la connettività wireless di Silex

Arrow ha siglato un accordo globale di distribuzione con

Silex Technology. In base all’accordo, Arrow distribuirà i moduli Wi-Fi di Silex alla propria vasta base di clienti. Silex è un Proven Partner di Freescale ed ha creato la soluzione Wi-Fi raccomandata da Freescale per i prodotti basati su i.MX6. Inoltre Silex fa parte della decina di Centri di Progettazione autorizzati da Qualcomm Atheros nel mondo, con codici sorgente radio e accesso agli specialisti Qualcomm Atheros per offrire ai clienti l’alto livello di supporto che essi richiedono. Ora i clienti Arrow potranno avere i moduli di Silex e aggiungere connettività Wi-Fi alle loro applicazioni basate sull’i.MX6 e su Kinetis di Freescale.

TEST & MEASUREMENT

TEST & MEASUREMENT

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SELEZIONE DI ELETTRONICASELEZIONE DI ELETTRONICA

prodottia cura della Redazione

SOLUZIONI PER L’INDUSTRIA ELETTRONICA18 prodotti

a cura della Redazione

SOLUZIONI PER L’INDUSTRIA ELETTRONICA

STRUMENTAZIONE

Analizzatori di rete vettoriali a 1 porta Usb

Anritsu presenta i nuo-vi analizzatori di re-

te vettoriali a 1 porta Usb MS46121A della famiglia ShockLine, che offrono i vantaggi di prezzo, presta-zioni e facilità d’uso della nuova tecnologia brevettata da Anritsu, oltre a un ingom-bro estremamente ridotto. La nuova famiglia consta di due modelli con copertura di frequenze da 40 MHz a 4 GHz e da 150 kHz a 6 GHz, a-limentati e controllati trami-te un computer per assicu-rare una maggiore efficien-za dei costi nelle operazio-ni di collaudo di cavi, anten-ne e altri dispositivi RF pas-sivi per cui sono necessa-rie misurazioni a 1 porta fi-no a 6 GHz. Per massimiz-zare il throughput nelle at-tività di produzione, proget-tazione (e anche formazio-ne), un unico computer col-legato a un hub Usb dotato di un numero di porte suf-ficienti può controllare fi-no a 16 diversi Vna ShockLi-ne MS46121A. Grazie a una velocità di sweep fino a 100 microsecondi per punto e a una direttività rettificata di 42 dB, MS46121A assicura prestazioni in linea con le a-spettative degli ingegneri di produzione.

[www.anritsu.com]

INTERCONNESSIONI

Trasmissione dati a fibre ottiche

Molex ha presentato il sistema VersaBeam

MT Interconnects. Rivol-to a soddisfare la richiesta di connettività a fibre ot-tiche affidabile in applica-zioni nel campo della dife-sa che richiedono prestazio-ni estreme, VersaBeam MT Interconnects offre una tra-smissione dati a fibre otti-che dalle eccellenti presta-zioni in applicazioni con ele-vata densità di fibre in cui le soluzioni a fascio espanso si sono dimostrate vantaggio-se. VersaBeam MT Intercon-nects possiede serie di lenti a fascio espanso che creano un’interfaccia boccola sen-za contatto. Il gioco control-

lato riduce il rischio di gua-sto del connettore causato dall’inclusione di detriti du-rante l’accoppiamento del connettore e le procedure di manipolazione. Mentre i connettori a fibre ottiche di tipo tradizionale richiedono frequenti controlli e pulizia da parte di tecnici esperti, l’interfaccia VersaBeam può essere rapidamente pulita con un getto d’aria o altro strumento di pulizia a porta-ta di mano.

[www.molex.com]

SENSORISTICA

Sensori rotativi di posizione precisi e compatti

Murata ha annunciato lo sviluppo di una nuo-

va linea di sensori rotati-vi di posizione a montaggio superficiale più precisi tra quelli attualmente disponi-bili sul mercato. Compatti e caratterizzati da un profilo molto basso e da una linea-rità pari a ±1%, i sensori del-la serie SVK3 garantiscono una precisione due volte su-periore rispetto a quella dei prodotti delle serie prece-denti e, fattore ancora più importante, possono opera-re nell’intervallo di tempera-tura previsto dalle applica-zioni automotive. Le dimen-sioni compatte, il basso pro-filo e il peso ridotto di que-sti nuovi sensori di posizio-ne agevolano lo sviluppo di prodotti più piccoli e legge-ri. I parametri fisici dei sen-sori della linea SVK3 sono i-dentici a quelli della famiglia precedente, in modo da con-sentire la sostituzione diret-ta di questi ultimi. Risulta così possibile migliorare le prestazioni senza ricorrere a modifiche al progetto.

[www.murata.it]

PROGETTAZIONE

Transazioni e pagamenti sicuri con la tecnologia Nfc

Ams e STMicroelectronics hanno presentato il reference design di un sistema Nfc che garantisce transazioni contactless sicure, affidabili e semplici rispettando al

contempo le esigenze di dimensioni ridotte dei telefoni cellulari e dei dispositivi in-dossabili. Il progetto ams/ST promette di trasformare e migliorare il livello di utilizza-bilità della tecnologia Nfc. La circuiteria analogica avanzata del reference design of-fre eccellenti prestazioni Nfc anche in sistemi che hanno spazio solo per un’antenna di piccole dimensioni, tipicamente vicina a superfici metalliche o schermata dalla ma-no dell’utente, e montata in una posizione non adeguata alle trasmissioni RF. Unendo il front end analogico AS39230 con la tecnologia boosted Nfc di ams, assieme all’Nfc controller ST21NFCC e al microcontrollore per applicazioni di sicurezza ST33G1M2 di ST, i due partner concretizzano la promessa di offrire ai consumatori transazioni contactless facili, veloci e assolutamente affidabili per il pagamento nei negozi, per i biglietti dei mezzi pubblici di trasporto o per il controllo degli accessi.

[www.st.com - www.ams.com]


MODULI

Una soluzione per il monitoraggio del movimento

Microchip ha re-so disponibile

l’MM7150 Motion Mo-dule, che combina il co-processore di movimento SSC7150 con sensori 9-assi, oltre ad accelerome-tro, magnetometro e giroscopio, in un fattore forma piccolo e di facile utilizzo. Con un semplice collega-mento I2C alla maggior parte degli Mcu/Mpu, le ap-plicazioni embedded/IoT possono facilmente attin-gere dai dati avanzati di movimento e posizione del modulo. Il motion module contiene il co-processore di movimento SSC7150 di Microchip che è prepro-grammato con sofisticati algoritmi di sensor fusion che intelligentemente filtrano, compensano e com-binano i dati grezzi provenienti dai sensori, per for-nire informazioni di posizione ed orientamento alta-mente accurate. Il modulo, dal piccolo fattore for-ma, è autocalibrante durante il funzionamento, u-tilizzando i dati già disponibili sui sensori: la bus-sola Bosch BMC150 6-assi digitale, e il giroscopio BMG160 3-assi. La MM7150 Motion Module è adat-ta a una grande varietà di applicazioni embedded tra cui dispositivi portatili e robotica; applicazioni indu-striali come camion, automazione industriale, trac-

PROGETTAZIONE

Semplificare l’interfaccia Usb

Lattice ha annunciato tre nuovi progetti di riferimento, scaricabili gratuitamente, che

consentono ai progettisti operanti nei settori consumer, industriale a altri ancora di imple-mentare velocemente le funzioni di rilevazio-ne del cavo e di erogazione della potenza ne-cessarie per sfruttare le nuove funzionalità del connettore Usb di tipo C: potenza di 100 W, lar-ghezza di banda pari a 20 Gb/s, reversibilità e flessibilità. Le tre soluzioni offerte da Lattice mettono in grado di implementare entrambe le funzioni - rilevazione del cavo ed erogazione della potenza. I progetti di riferimento scari-cabili includono schemi, distinte dei materia-li, piedinatura, sequenza dei bit e linguaggio di programmazione per la personalizzazione del motore dei criteri. I progetti sono basati sul-le famiglie di Fpga iCE40 a potenza ultrabas-sa, miniaturizzate e a costo ridotto sviluppa-te da Lattice.

[www.latticesemi.com]

Viale Farnagosta 61 - 20142 MILANO - Italy - Tel. 0289 125272 www.elsap.it

CONEC SNAPLOCK D-SUB Calotta e ConettoriCONEC SNAPLOCKD-SUB Calotta e Conettori

ELSAP S.p.A. fornisce connettori e componenti elettronici ed elettromecca-nici per soluzioni ed applicazioni di ogni genere nell‘ambito industriale.

I connettori proposti da ELSAP S.p.A. sono die alta qualità, da circuito stampato, da pannello, volanti di potenza e segnale e molti altri ancora.

Il nostro team si confronta quotidianamente con l‘impegno al servizio del cliente per fornire nel minor tempo possibile soluzioni tecniche adequate all‘applicazione presentata, l‘impegno di un servizio commerciale e logistico che permette al cliente uns scelta agile e sicura del componente e del sistema migliore

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giugno 2015

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prodotti

ciatura di pazienti e smart farming, oltre ad elettroni-ca di consumo come Inter-net of Thing, telecomandi, dispositivi gioco, giocatto-li, e dispositivi indossabili.

[www.microchip.com]

VISUALIZZAZIONE

Alta risoluzione anche alla luce del sole

Ortustech, costrutto-re giapponese di mo-

duli Lcd che si distin-gue per il catalogo ric-co di Tft di dimensioni me-dio-piccole, ha sviluppato il COM43H4M87ULC di 12,2 cm, un display che ha la ec-cezionale risoluzione di 720 x 1280 punti e una immagine estremamente nitida e chia-ra. Con la struttura dei pi-xel invisibile all’occhio, l’an-golo di visuale di L/R/U/D

80°/80°/80°/80° lo rende vi-sibile da tutte le direzioni e, grazie alla tecnologia blan-view, è leggibile anche sot-to la diretta luce solare. Il di-splay ha le dimensioni com-patte di 63,7 x 115,6 mm e uno spessore di soli 1,6 mm, cosa che lo rende appetibile per applicazioni molto ava-re di spazio. Può funzionare da -20 e +70°C, ha interfac-cia Mipi ed è reperibile per almeno 5 anni presso Data Modul.

[www.data-modul.com]

SYSTEM ON CHIP

Altera consegna i primi SoC in tecnologia da 20 nm

Altera ha rafforzato la propria posizione di

leadership nel settore dei SoC Fpga con l’annun-cio della consegna della sua famiglia di SoC di se-conda generazione. I SoC della serie Arria 10 so-no i soli dispositivi pro-grammabili che integrano processori Arm con una struttura Fpga da 20 nm. Questi SoC garantisco-no notevoli miglioramen-ti sotto tutti i punti di vi-sta consentendo quin-di lo sviluppo di sistemi embedded contraddistin-ti da migliori prestazio-ni, minori consumi e do-tati da un maggior nume-ro di funzionalità rispet-to a quelli realizzati con i SoC Fpga della preceden-te generazione.

[www.altera.com]

PROGETTAZIONE

Prototipazione virtuale per i SoC Fpga

Altera ha stipulato un accordo con Mentor

Graphics per fornire agli sviluppatori software em-bedded l’accesso alle più avanzate piattaforme vir-

WIRELESS

Reti SmartMesh Ip ad alimentazione solare

Linear Technology ha offerto una dimostrazione delle sue reti mesh wireless SmartMesh Ip embedded, alimentate a batteria solare di Sol Chip, durante l’ul-

tima edizione dell’Hannover Messe. L’uso dell’energia solare per alimentare le appli-cazioni Internet of Things industriali fornisce agli utenti una soluzione wireless senza manutenzione, in quanto non sono richieste batterie per il funzionamento. Le reti mesh wireless SmartMesh Ip sono compatibili con lo standard Ip e si basano sugli standard 6LoWpan e 802.15.4e. La linea di prodotti SmartMesh Ip raggiunge livelli senza prece-denti di resilienza, affidabilità e scalabilità, con sicurezza avanzata in termini di gestio-ne di rete e generali. Le reti embedded wireless SmartMesh Ip includono la rivoluzio-naria tecnologia SoC Eterna che consente di ridurre fino a 8 volte il consumo di ener-gia rispetto a soluzioni concorrenti, anche in ambienti Rf difficili e dinamicamente mu-tevoli. Le reti wireless SmartMesh Ip economiche, compatibili con Ip e largamente ap-plicabili sono utilizzate in una vasta gamma di applicazioni quali gestione dell’energia, automazione edilizia, energia rinnovabile e altre implementazioni in infrastrutture in-telligenti che richiedono bassissima potenza.

[www.linear.com]

COMPONENTI PASSIVI

Bobina di induttanza aria per alta frequenza

Würth Elektronik eiSos presenta la bobina di induttanza aria Smd per appli-cazioni ad alta frequenza: alta qualità, alta corrente nominale ed elevate fre-

quenze. Le applicazioni ad alta frequenza, specialmente quelle Rf, richiedono in-duttori a bobine in area con un fattore di qualità molto elevato. Per adattarsi alle esigenze del mercato odierno la Würth Elektronik eiSos ha ampliato la sua gam-ma di prodotti con le nuove versioni 1322 e 1340 della serie We-Cair. Questi nuovi modelli sono un terzo più piani delle versioni precedenti di questa serie di prodot-ti. La nuova versione 1320 della serie We-Cair assicura una corrente nominale da uno al 20% più elevata rispetto ai tradizionali induttori in ceramica con formato chip 0805. Si garantisce un fattore di qualità molto elevato addirittura in alti cam-pi MHz, permettendo di impiegare queste bobine in aria estremamente piatte in ampi campi di frequenza. Grazie al fatto che l’induttore è avvolto in aria è possi-bile mantenere l’induttanza costante fino a frequenze GHz, rendendo queste nuo-ve bobine in aria adatte all’impiego nelle applicazioni Rf.

[www.we-online.com]


tuali Vista che supportano l’intero portafoglio di SoC Fpga di Altera, compresi i SoC Stratix 10 di terza generazione realizzati con processo da 14 nm che integrano un processore quad core Arm Cortex-A53 a 64 bit. Grazie a queste piattafor-me virtuali per dispositivi SoC è possibile acce-lerare lo sviluppo di software embedded duran-te l’intero ciclo di vita del prodotto, che si tradu-ce in un sensibili riduzioni sia del time to mar-ket sia dei costi. Le piattaforme virtuali Vista per SoC di Mentor sono modelli di simulazione funzionale completi già pronti all’uso dei sotto-sistemi processori Arm integrati in ciascun di-spositivo delle famiglie di SoC Fpga a 28, 20 e 14nm. Gli sviluppatori software possono utiliz-zare la piattaforma virtuale per i SoC della line-a Stratix 10 per avviare lo sviluppo e il debug del sottosistema processore basato sul core Armv8 a 64 bit molto in anticipo rispetto alla disponibi-lità del silicio.

[www.altera.com]

PROGETTAZIONE

Kit di sviluppo per Mcu SimpleLink

Arrow ha esteso l’offerta IoT con l’aggiun-ta della nuova piattaforma a microcontrol-

lore wireless a bassissimo consumo Sim-pleLink di Texas Instruments. Arrow ha a stock questi kit di sviluppo e dispone di un te-am di progettisti esperti, che possono offrire supporto ai clienti che muovono i primi pas-si nell’IoT. La piattaforma a bassissimo con-sumo SimpleLink combina elevati livelli di in-tegrazione con il supporto di un ampio range di protocolli di comunicazione, inclusi Blue-tooth a basso consumo, ZigBee, 6LoWpan, Sub-1 GHz e ZigBee RF4CE. Una serie di stack di protocollo pronti all’uso semplifi-ca la progettazione con questa piattaforma e la creazione di prodotti che supportano vari standard di connettività wireless. La piatta-forma a bassissimo consumo SimpleLink uti-lizza un core Arm Cortex-M3, memoria Flash, un convertitore analogico-digitale, varie pe-riferiche, controllori di sensori e funzioni di sicurezza integrate nel chip, offrendo un ele-vato livello di funzionalità con un consumo energetico estremamente ridotto. Queste ca-ratteristiche sono particolarmente indicate per le applicazioni di energy harvesting sen-za batteria e per quelle always-on, che devo-no funzionare molti anni con una cella di bat-teria a forma di moneta.

[www.arrow.com]

Connettori Circolari AISG[assemblaggio semplificato]

Connettori schermati

Cavo diametro fino a 10 mm

Minimo errore di cablaggio

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Cablaggio 50% più veloce

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giugno 2015

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automotiveattualità di Mario Malcangi

L’automobile diventa ambiente di trasportoNon solo sensori e processori di ultima generazione per Freescale, ma anche un’iniziativa per promuovere tra gli studenti universitari l’applicazione delle tecnologie dell’automazione veicolare.

L’automotive rappresenta oggi una delle principali attività di ricerca e sviluppo industriali grazie all’importante innovazione

tecnologica dei sensori e dei processori di ultima generazione e all’attività di ricerca in ambito accademico. L’elettronica nell’automotive ha costituito fino a qualche anno fa una componente di miglioramento delle prestazioni meccaniche dell’automobile, con limitatissimo impatto sull’interazione diretta tra conducente e mezzo meccanico e soprattutto senza

trasporto personale ad ambiente mobile. Non si tratta solo di rendere disponibile al guidatore un mezzo sicuro e autonomo di guida, ma un mezzo che gli offra anche tutte quelle possibilità degli ambienti fissi, per esempio casa e ufficio. A questo nuovo paradigma della mobilità autoveicolare contribuiscono varie innovazioni tecnologiche, in cui la microelettronica di ultima generazione (Mems, SoC, ecc.) svolge l’importantissimo ruolo di driver, rendendo effettivi e applicabili i numerosi risultati della ricerca che da anni sono ormai pronte nei laboratori di ricerca (pubblici e privati). Oltre ai sistemi di automazione del processo di guida, nel nuovo paradigma di ambiente mobile convergono la tecnologia della comunicazione, quella dell’intrattenimento e non ultima, quella del monitoraggio dello stato fisiologico e di salute del guidatore. Mentre Internet of Things sta entrando nella sua prima fase di maturità, contemporaneamente si stanno creando i presupposti per la successive onda tecnologia di Internet of Everythings. Questa concomitante evoluzione della tecnologia della comunicazione definisce uno scenario di connettività particolarmente favorevole allo sviluppo del paradigma dell’ambiente mobile

alcuna possibilità del mezzo meccanico di prendere autonomamente il controllo indipendentemente dal guidatore. Anche se la capacità di guida autonoma dell’autoveicolo è l’obiettivo finale verso cui si sta mirando, di fatto l’innovazione microelettronica che sta investendo in maniera massiccia il settore dell’automotive va oltre la capacità di guida automatica, in quanto considera l’autoveicolo come un ambiente in cui vivono l’automobilista e i passeggeri. Ciò significa che l’automobile sta evolvendo da semplice mezzo di

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basato sull’automobile. IoT consentirà all’autoveicolo di essere connesso alla rete in maniera efficace per fruire delle potenzialità computazionali della rete, come per esempio il cloud computing. IoE consentirà di fare di più nella direzione dell’autoveicolo, consentendo a questo di essere una rete mobile connessa a sua volta in una rete geografica di reti. In questa prospettiva di sviluppo dell’automobile cominciano a rendersi disponibili sistemi avanzati di controllo della guida che fanno riferimento alla più recenti tecnologie del computing embedded come quella del computing multicore a bassissimo consumo, quella della memoria non volatile ad altissima densità, quella della sensoristica intelligente e quella della comunicazione wireless a bassissimo consumo (Fig. 1).

Sistemi di guida assistitaL’automobile per la maggior parte della popolazione dei paesi industrializzati rappresenta il terzo ambiente di vita ed anche una delle principali cause di morte o di gravi infortuni. Per tale motivo negli ultimi anni c’è stato un grande impegno di sviluppo di sistemi capaci di garantire sicurezza nella guida. La tecnologia microelettronica di ultima generazione ha permesso di rendere effettivi e applicabili i risultati della ricerca relativa ai sistemi cosiddetti di assistenza al guidatore, gli Adas (Advanced driver assistance system). Si tratta di sistemi per assistere in modalità complementare o eventualmente sostitutiva dell’attività di guida del conduttore di un autoveicolo. Considerando che l’attività di guida di un autoveicolo è un processo

molto complesso, i sistemi Adas implementano varie metodologie di controllo automatico come il controllo adattivo della navigazione, il blind-spot monitoring, il sistema di avviso dell’abbandono della corsia di marcia, la visione notturna, il controllo di mantenimento della corsia di marcia, il controllo della collisione sia a livello di volante sia a livello di frenata. I sistemi Adas si dividono in due categorie, quelli comfort e quelli attivi. Gli Adas comfort si limitano a fornire al guidatore avvisi e varie informazioni relative al processo di guida, e quindi non hanno specifici requisiti di sicurezza come definiti nello standard Iso 26262. Integrati con il cruscotto, eseguono operazioni di visualizzazione di punti ciechi tramite radar a breve raggio, di visione notturna, di lettura della segnaletica, di rilevazione di oggetto e ostacoli, di

assistenza al parcheggio utilizzando sistemi multicamera e sistemi di misura della distanza a ultrasuoni. Gli Adas attivi sono invece sistemi completamente autonomi in grado di influenzare direttamente il controllo della guida: hanno requisiti molto elevati a livello di sistema piuttosto che a livello di sensori e consentono per esempio applicazioni di controllo adattivo della guida basato su radar a lungo raggio, di tenuta della corsia tramite videocamera anteriore e controllo attivo dello sterzo e l’anticollisione che agisce sul freno di emergenza usando un algoritmo di fusione di dati provenienti dal radar di lunga distanza e una mono/stero fotocamera frontale. I sistemi Adas, tra tutti i sistemi di sicurezza sono i più complessi e con requisiti implementativi stringenti, soprattutto quelli di natura attivi in quanto, potendo agire in maniera indipendente sul controllo dell’autoveicolo, devono essere altamente affidabili. I sistemi Adas richiedono piattaforme computazionali particolarmente efficienti e allo stesso tempo dotati di requisiti adatti al livello di embedding dei sistemi automotive. La famiglia di processori S32V di Freescale è stata sviluppata appositamente per supportare applicazioni di image processing intensivo per applicazioni automotive basate sulla visione e il sensor fusion, come i sistemi Adas. Si tratta di un system-on-chip dotato dei requisiti di affidabilità, sicurezza e affidabilità richiesti in ambito automotive. Questa famiglia di processori ad altissime prestazioni è compatibile con lo standard Iso 26262. Il processore S32V230, primo membro della famiglia di processori S32V per il supporto delle applicazioni Adas, integra su singolo chip quattro core Arm Cortex A53 operanti a 1 GHz, due motori Apex-2 di computazione per le immagini, un sistema hardware di criptografia per la sicurezza, una Gpu 3D, una Mipi Csi2 e una interfaccia parallela per sensori di immagini, quattro MByte di Ram di sistema e una capacità di image signal processing embedded per Hdr, per la conversione del colore, per la mappatura del tono, ecc. Il processore S32V230

Fig. 1 - L’automobile si sta trasformando da mezzo di trasporto ad ambiente mobile connesso

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automotive


attualità

è un mix eterogeneo di processori (Cpu, Gpu, Icp) che ottimizza e rende effettivo il processing tipico dei sistemi Adas. Il processore, malgrado l’enorme potenza computazionale, è a basso consumo, come richiesto nelle applicazioni automotive dove è possibile solo il raffreddamento passivo. Il processing più intensivo che questo processore soddisfa è quello relativo alle videocamere che circondano l’autoveicolo. A questo scopo l’integrazione del doppio processore CogniVue Apex2 consente di gestire in tempo reale il flusso video delle quattro videocamere che circondano l’autoveicolo per le operazioni di estrazione delle caratteristiche degli oggetti e la loro relativa classificazione. La Gpu invece viene utilizzata per la ricostruzione 3D real-time grafica dell’ambiente circostante l’autoveicolo, collocando gli oggetti riconosciuti dal Apex2.

Sensori per automotive altamente integratiLa maggior parte delle informazioni che i sistemi di sicurezza della guida devono processare sia per il controllo passivo che per quello attivo dell’autoveicolo viene catturata e resa disponibile da una serie di sensori

collocati nell’autoveicolo e intorno ad esso. L’elevata integrazione di tali sensori è tale da farli considerare come sistemi sensore, in quanto dorati di quanto necessario per eseguire un intera applicazione. I più importanti sono quelli di visione, le videocamere smart o semplicemente interconnesse tramite Ethernet. La Ethernet Rear-View Camera è per esempio un sistema che aiuta il guidatore a identificare un oggetto o una persona presente nella parte posteriore, e quindi di permettergli di manovrare con sicurezza il veicolo nelle operazioni di parcheggio. Questo tipo di camera viene utilizzata la comunicazione Ethernet e la compressione per ottenere a costi limitati la trasmissione su cavo non schermato verso l’application processor. La Smart Rear-View camera esegue le operazioni di analisi localmente relativamente alla identificazione degli oggetti e delle persone, quindi sono dotati oltre del sensore fisico, anche delle risorse computazionali per l’image e il graphic processing. Sulla base delle misure effettuate da tale sistema sensore, il sistema di controllo può prendere le decisioni relative all’azione di frenata. La realizzazione di tali sistemi sensoriali,

in particolare quelli intelligenti, si basa essenzialmente su microcontrollori che integrano on-chip tutte le necessarie risorse per gestire uno o più sensori di immagine, consentendo in tal modo di implementare un sistema ad elevata integrazione che minimizza il carico computazionale a livello del processore principale che gestisce l’intero processo di controllo veicolare. Oltre ai sistemi di visione posteriori ci sono anche quelli anteriori e quelli che circondano completamente l’autoveicolo. Questi sensori sono impegnati in attività di video e image processing particolarmente impegnative. I sistemi di visione di natura surround sono un insieme di telecamere gestite da una Mcu particolarmente avanzata che sulla base delle immagini catturate rappresenta graficamente l’ambiente che circonda l’autoveicolo per consentire al guidatore di riconoscere tutti i possibili rischi che possono manifestarsi nelle vicinanze dell’autoveicolo. Ancora più complesso è il processo di elaborazione necessario alla visione frontale, ove l’elaborazione riguarda video ad alta risoluzione, quindi che necessitano oltre di una Mcu anche di un Dsp come estensione delle capacità computazionali della Mcu. Il caso più complesso è il sistema di visione radar che serve per il controllo della navigazione di natura adattiva, ovvero dell’adeguamento della velocità in funzione degli oggetti rilevati e riconosciuti come potenziali ostacoli.

Ambiente operativo per infotainment e sicurezzaGli utilizzatori di automobili considerano l’automobile come un ambiente piuttosto che un semplice mezzo di trasporto, e l’intrattenimento è una importante componente di offerta composta di funzionalità come la gestione multimediale dell’informazione, i giochi, la consapevolezza dell’ambiente in cui avviene la mobilità, la comunicazione, i servizi personalizzati, ecc. Il supporto di questo nuovo paradigma di fruizione dell’automobile implica da una parte la disponibilità di processori multicore eterogenei, dall’altra quella di ambienti operativi particolarmente orientati e strutturati per gestire in un contesto di

Fig. 2 - La capacità di guida autonoma del veicolo è l’obiettivo tecnologico a cui stapuntando l’innovazione microelettronica

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Tecnologia automotive alla portata degli studenti

La Freescale Cup è un’iniziativa di Freescale vol-ta a promuovere al livello degli studenti universitari lo

studio e l’applicazione delle tecnologia dell’automazione veicolare in un contesto di competizione internazionale tra università di tutto il mondo. La competizione è attiva già da qualche anno e la finale dell’edizione di quest’anno è stata ospitata dal Politecnico di Torino, di cui han-no partecipato due gruppi di studenti, uno dei quali classi-ficatosi al secondo posto e l’altro al quarto posto. La com-petizione consiste nell’ottenere il minor tempo di percor-renza di un circuito predefinito attraverso la messa a pun-to dell’hardware e del firmware di controllo di un model-lo in scala 1:8 di autoveicolo da corsa tipo F1. La mecca-nica dell’autoveicolo è predefinita mentre l’elettronica di controllo modificabile attraverso il firmware eseguito da una Mcu in-tegrata nell’auto da corsa. Malgrado l’obiettivo finale sia solo quello di eseguire un giro di circuito nel minor tempo possibile, di fatto l’im-pegno richiesto agli studenti per vincere la gara in un contesto ag-guerrito di “cervelli” di tutto il mondo universitario, è notevole: svilup-po di software per sistemi embedded e messa a punto di circuiti elet-tronici di base messi a disposizione nello starter kit; messa a punto dell’hardware di controllo del motore per la guida intelligente e auto-noma del veicolo sulla esclusiva informazione fornita dal sensori ot-tici; interfacciamento di sensori ottici alla Mcu attraverso lo sviluppo di firmware appropriato. La competizione, dalla sua fase iniziale di at-tivazione a quella di finale, si articola in un arco temporale che copre un semestre accademico (quindi assimilabile a un progetto di un corso di studi) e che richiede allo studente (o al gruppo di studenti) un impe-gno tipico di un corso di progettazione di sistemi di controllo automa-tico e di sistemi embedded. Ove assistiti da un docente tutor, il grup-po di studenti che si impegna in questa competizione sviluppa compe-tenze di progettazione basate su tecnologie hardware e software allo

stato dell’arte. Le competenze acquisite sono direttamente spendibi-li sul mercato del lavoro professionale a elevato valore aggiunto. Ec-co alcuni dati che danno ragione della portata educativa e selettiva di questa iniziativa (dati edizione 2014) che considera lo studente il po-tenziale protagonista dell’innovazione tecnologica:• Prima della qualificazione: 484 studenti (143 squadre di 50 univer-

sità di 16 paesi)• Dopo la qualificazione: 75 studenti (24 squadre di 20 università di

11 paesi)

Interessanti anche altri due programmi pilota di natura educational estensivi del modello di competition consolidato con la Freescale Cup, la Innovation Cup e la High School Challange. L’Innovation Cup, attivata a ottobre 2014, è un’iniziativa di Freescale aperta a tutti gli studenti, per misurarsi su un circuito come quello della Freescale Cup in termini di capacità di ottimizzazione della velocità con il consumo di potenza elettrica. Non si tratta della semplice sfida su un solo giro, ma di una sfida più impegnativa su più giri e soprattutto con segnalazio-ni colorate. La High School Challenge coinvolge gli studenti delle scuo-le superiori con il supporto delle università locali. Basato sul concet-to di programmazione ad alto livello (mbed e Matlab), questa iniziativa pilota è intesa a indurre negli studenti l’interesse verso la tecnologia microelettronica e i suoi modelli di sviluppo in fase pre-universitaria. Matworks supporta l’iniziativa della Freescale Cup con un Hardware Support Package creato appositamente per l’hardware utilizzato nel-la Freescale Cup, la scheda di sviluppo Freedom Frdm-KL25Z e il Tfc-Shield. È disponibile anche una nuova Freescale Cup Companion App per Matlab che è in grado di snellire il processo di sviluppo del software per mettere a punto l’auto da corsa per la gara. È disponibile un esem-pio di come vedere la scena catturata dalla videocamera istallata sul-la l’auto da corsa e come trasformare questi dati in azione di controllo.

sistema embedded una serie di processi di natura eterogenea, multistandard e a diversi livelli di priorità. Un esempio di ambiente operativo capace di gestire in maniera efficace sia la componente applicativa confort (intrattenimento e comunicazione),

sia la componente applicativa attiva (Adas e la strumentazione) è l’Integrity Multivisor di Green Hills, che crea uno strato intermedio tra la Cpu dotata sia di supporto computazionale, sia di periferiche adatte alle varie problematiche applicative di natura infotainment e di

sicurezza. Si tratta di una combinazione tra microkernel e tecnologia di virtualizzazione che consente di offrire una piattaforma di natura In-Vehicle Infotainment. Il software è partizionabile, la grafica è condivisa e la gestione dei processi è real-time e sicura.

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Lo spazio è sempre più affollato e sempre più lo sarà. Ad esempio esempio, nell’ambito del programma Commercial Orbital Transportation

Services la Nasa ha assegnato un contratto per il rifornimento della Stazione Spaziale Internazionale (che ospita la nostra Samantha Cristoforetti) che sarà effettuato con il Falcon 9, un lanciatore a razzo progettato e costruito dalla società californiana Space Exploration Technologies (Fig. 1). Il razzo è in grado di trasportare 13.150 kg di carico utile in orbita terrestre bassa e 4.850 kg in orbita di trasferimento geostazionaria. Falcon 9 è composto da due stadi, entrambi spinti da motori Merlin a ossigeno liquido e RP-1.

Questo lanciatore è inoltre il vettore per il lancio dei veicoli spaziali Dragon. Una delle caratteristiche più innovative in assoluto nel campo del trasporto in orbita è la riusabilità: solo riutilizzando lo stesso razzo per più lanci si potrà abbassare radicalmente il costo delle missioni. Ad oggi, infatti, ogni razzo può essere utilizzato per un solo volo in quanto si distrugge ritornando sulla Terra. Questo porta a oneri elevatissimi, che l’azienda californiana vuole abbattere. Al momento il Falcon 9 non è ancora riutilizzabile. Secondo i piani del progetto, dal suo sesto volo si sarebbe dovuto iniziare a recuperare il primo stadio grazie ai paracadute di cui è provvisto. Il secondo stadio presenta più

dif coltà, data l’altitudine da cui viene lasciato cadere, costringendolo a un vero e proprio rientro atmosferico che

Se il 2014 è stato uno degli anni tra i più ricchi nella storia delle missioni,il 2015 promette alcuni eventi di assoluto rilievo.

Fig. 1 - Il Falcon 9 è un razzo che andrà arifornire la Stazione Spaziale Internazionale

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di Antonello Messina

comporta uno scudo termico completo, nonché dei sistemi di comunicazione e di propulsione per gestire il rientro. Entrambi gli stadi, comunque, sono stati progettati per resistere all’acqua marina e agli impatti. In particolare, per contrastare la corrosione sono stati adottati alcuni accorgimenti progettuali. La società è però andata oltre. Nel 2015, precisamente il 10 gennaio e il 14 aprile, il razzo avrebbe dovuto atterrare su una piattaforma nell’oceano Atlantico (Autonomous spaceport drone ship) rimanendo totalmente integro, ma l’obiettivo è fallito in quanto il velivolo si è capovolto subito dopo avere toccato la superficie. La prossima missione è programmata per il 2015. (Fig. 2).

Missioni a tutto spazioUn’altra missione di rilevo è legata al satellite Deep Space Climate Observatory, lanciato in orbita lo scorso febbraio proprio con un razzo Falcon 9 di SpaceX. Scopo della missione, cui partecipano Nasa, la National Oceanic and Atmospheric Administration e l’aeronautica Usa, è l’osservazione solare da 1,5 milioni di km di distanza dalla Terra per segnalare tempestivamente l’avvicinarsi espulsioni di massa coronale. Altro obiettivo è osservare sul nostro pianeta i fenomeni legati alle variazioni di ozono, aerosol, polveri e ceneri vulcaniche, altezza delle nubi, copertura vegetale e clima (Fig. 3). Sempre nel 2015 dovrebbero partire i primi voli suborbitali fino a 100 km di altezza. I voli utilizzeranno l’Rlv (Reusable launch vehicle) Lynx della società privata Xcore Aerospace. Questo velivolo a decollo e atterraggio verticale sfrutta dei propulsori a razzo riutilizzabili che garantiscono un’autonomia di mezz’ora (consentendo pertanto più missioni giornaliere) ed è in grado di trasportare un passeggero e un piccolo carico (Fig. 4). L’Ixv (Intermediate eXperimental Vehicle) è invece un programma dell’Agenzia Spaziale Europea finalizzato alla costruzione di un veicolo spaziale sperimentale in grado di compiere un rientro atmosferico controllato da orbita terrestre bassa (circa 300 km). Il veicolo ha effettuato il primo volo senza

equipaggio nel febbraio 2015, superando i test principali di manovra di rientro in atmosfera e di protezione termica. In futuro la navicella potrebbe servire a trasportare in sicurezza materiali ed esperimenti dalla Stazione Spaziale Internazionale (gestita come progetto congiunto da cinque diverse agenzie spaziali: la statunitense Nasa, la russa Rka, l’europea Esa, la giapponese Jaxa e la canadese Csa) alla Terra, senza bruciarsi irrimediabilmente in atmosfera (Fig. 5). A fine aprile la sonda Dawn è entrata nell’orbita del pianeta nano Cerere, l’oggetto più grande (950 km di diametro) della fascia degli asteroidi tra Marte e Giove.

La missione Dawn è una missione basata su una sonda senza equipaggio sviluppata dalla Nasa per raggiungere ed esaminare prima l’asteroide gigante Vesta e successivamente il pianeta nano Cerere. Dawn è stata lanciata il 27 settembre 2007. Tra gli obiettivi della missione vi è quello di indagare l›origine dell›acqua nelle fasi primordiali del sistema solare. Dawn è la prima sonda che orbiterà intorno a due diversi corpi celesti. Molte altre sonde hanno effettuato flyby di più di un pianeta, come ad esempio la sonda Galileo (Venere, Luna, Giove) o la missione spaziale Cassini-Huygens (Saturno e Titano). Dawn, per la prima volta nella

Fig. 2 - La piattaforma nell’oceano Atlantico creata per far atterrare il Falcon 9

Fig. 3 - Il satellite Deep Space Climate Observatory creato per l’osservazione solare

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storia dell’astronautica, entrerà invece in orbita intorno a entrambi gli asteroidi (Fig. 6). Atterrato il 17 ottobre 2014 alla Vandenberg Air Force Base dopo 674 giorni trascorsi in orbita, l’X-37 è uno spazioplano sperimentale senza equipaggio sviluppato per l’aeronautica militare americana. Una volta posizionato in orbita questo Shuttle in miniatura è in grado di volare ed atterrare autonomamente. Oltre all’aeronautica americana il programma per lo sviluppo di questo drone vede la partecipazione di Darpa e di Nasa. Boeing è il primo contraente per lo sviluppo del velivolo, che a breve

dovrebbe tornare a volare per una quarta missione top secret.

Giapponesi in orbitaOltre a europei, russi e americani, anche i giapponesi sono impegnati in importanti missioni. Dopo avere mancato l’inserimento in orbita nel 2010 per colpa di una valvola, il 7 dicembre la sonda giapponese Planet-C, conosciuta anche come Venus Climate Orbiter o Akatsuki (“alba” o letteralmente “luna rossa”) avrà una seconda opportunità di avvicinarsi a Venere, anche se gli esperti giudicano le possibilità scarse. Akatsuki è alimentato dalla vela solare Ikaros, prima dimostrazione sperimentale dell’efficacia di questa tecnologia nelle missioni spaziali. Sempre che non siano stati danneggiati dall’eccessivo calore, gli strumenti a bordo di Akatsuki monitoreranno Venere con un set di

cinque fotocamere per osservare le nubi a

bassa quota, mapperanno la distribuzione del vapore acqueo e del monossido di carbonio e cercheranno vulcani attivi sulla superficie. Uno strumento infrarosso studierà invece le formazioni nebulari in quota, mentre una fotocamera che opera nell’ultravioletto rileverà il diossido di zolfo. Dopo un rinvio durato 4 anni (il lancio originario era previsto per il 2011) la missione Lisa Pathfinder (precedentemente denominata Smart-2) dell’Ente Spaziale Europeo prenderà il largo nel 2015 per cercare prove sperimentali dell’esistenza delle onde gravitazionali a bassa frequenza.Nei piani, tali onde potranno essere utilizzate per lo studio di fenomeni quali buchi neri e sistemi binari. Sarà un approccio completamente nuovo all’astronomia: la stazione valuterà due masse di prova in caduta un gravitazionale libera quasi perfette e controllerà il loro movimento con una precisione senza precedenti.

Dalle comete a MarteOltre a quelle indicate, nello spazio sono in corso numerosissime altre missioni. Molte hanno tenuto banco per mesi sulle pagine dei quotidiani solleticando l’immaginario collettivo. Ad esempio, tutti ricorderanno Rosetta, la mitica sonda dell’Esa che seguirà la cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko durante il passaggio più ravvicinato al Sole (a 185 milioni di km di distanza), oppure Curiosity, il veicolo a sei ruote che da tre anni sta esplorando la superficie di Marte. Altra missione in corso è quella di New Horizons, la sonda spaziale sviluppata dalla Nasa per l’esplorazione di Plutone e del suo satellite Caronte. Il lancio è avvenuto il 19 gennaio 2006 dalla base di Cape Canaveral. Con una velocità di 58.536 kmh (circa 16,26 kms), raggiunta allo spegnimento del terzo stadio, New Horizons è l’oggetto artificiale che ha raggiunto la maggior velocità di distacco dalla Terra. Si prevede che raggiungerà Plutone il 14 luglio 2015. Infine il mitico telescopio spaziale Hubble, in funzione dall’aprile 1990 e ormai nello spazio da un quarto di secolo. L’osservatorio, lanciato dallo Space Shuttle Discovery nel 1990, dovrebbe continuare a funzionare almeno fino al 2018, quando sarà affiancato il suo successore, il James Webb Space Telescope.

Fig. 4 - Il Reusable Launch Vehicle Lynx è un velivolo a decollo e atterraggio verticalerealizzato dalla società Xcore Aerospace

Fig. 5 - L’ Intermediate eXperimentalVehicle è un programma dell’Agenzia Spaziale Europea finalizzato alla costruzione di un veicolo spaziale sperimentale in grado di compiere un rientro atmosferico controllato dall’orbita terrestre Fig. 6 - Dawn, la sonda senza equipaggio


focus


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http://www.reichelt.com/?LANGUAGE=EN&CTYPE=0&MWSTFREE=0&CCOUNTRY=446


focus30 La ricerca cosmologica

trova supporto negli Fpga La ricerca delle onde gravitazionali e dell’energia oscura ottiene aiuto dagli Fpga: la fotocamera utilizzata dai ricercatori per cercare le onde gravitazionali è costruita attorno ad una scheda Dfmux basata su Fpga Virtex 4 di Xilinx.

Un gruppo multidisciplinare di scienziati al Polo Sud ha recentemente osservato i momenti immediatamente

successivi al Big Bang. Il gruppo ha annunciato il 17 marzo 2014 che l’esperimento Bicep2 aveva raccolto le prime prove delle onde gravitazionali con polarizzazione B delle microonde cosmiche di sottofondo o Cmb (Cosmic microwave background). Ora gli scienziati stanno cercando un’altra impronta del Big Bang: la prova dell’esistenza delle onde gravitazionali così come sono registrate nella debole polarizzazione a spirale dei fotoni alle microonde Cmb. Il ritrovamento di queste spirali sembrerebbe confermare l’aspetto espansivo della teoria del Big Bang - l’idea che l’universo abbia subito un’espansione a una velocità molto superiore rispetto alla velocità della luce molto prima che l’universo fosse vecchio di appena un picosecondo. In teoria, questa espansione cosmica superluminosa (più veloce della luce) ha creato le onde gravitazionali che sono state impresse nella polarizzazione dei fotoni a partire dal Big Bang. La speciale fotocamera, sulla quale il gruppo di lavoro si basa per cercare le onde gravitazionali, usa dei bolometri costituiti da sensori a transizione sul fronte (Tes) per misurare la radiazione sia delle microonde di modo E (priva di rotazione) sia di quelle di modo B (priva di gradiente). La fotocamera è costruita attorno a una scheda Dfmux di seconda generazione dell’Università

McGill basata su Fpga Virtex 4 di Xilinx. Anche altrove gli astrofisici stanno usando per i propri esperimenti la stessa scheda basata su dispositivi Xilinx, mentre altri ricercatori stanno provando una nuova versione della fotocamera aggiornata con dispositivi Kintex 7. La versione basata su dispositivi Kintex 7 fa anche parte del grande telescopio che gli scienziati canadesi useranno per analizzare l’energia oscura. Gli echi del Big Bang La variazione della polarizzazione nei fotoni alle microonde Cmb è chiamata segnale di modo B e la relativa firma è estremamente debole. Mentre la temperatura complessiva di corpo

nero dei Cmb è di 2,73 Kelvin, il segnale di modo B è grosso modo un decimilionesimo di Kelvin. Il segnale di modo B è generato su una piccola scala angolare ad opera dell’effetto lente gravitazionale prodotto dal segnale più grande di polarizzazione primordiale di “modo E”, e su scale angolari più grandi dall’interazione del Cmb con un sottofondo di onde gravitazionali prodotte durante il periodo espansivo del Big Bang. La polarizzazione di modo B causata dall’effetto lente gravitazionale del Cmb è stata rilevata per la prima volta nel 2013 dalla fotocamera polarimetro Spt (SPTpol), installata sul telescopio del Polo Sud, alto 10 metri, il quale è gestito da un gruppo internazionale

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di scienziati (Fig. 1). L’Spt è situato presso la stazione del Polo Sud Amundsen-Scott con gli esperimenti Bicep2 (che presto diventerà Bicep3) e Keck Array Cmb. La fotocamera del telescopio del Polo Sud è raffreddata ad elio, il sensore superconduttore sul piano focale è costituito da una matrice di 1536 bolometri Tes accoppiati con l’antenna e organizzati in coppia come 768 pixel sensibili alla polarizzazione. La radiazione Cmb è l’ultimo eco dell’immenso impulso di energia che ha accompagnato il Big Bang. Arno Penzias e Robert Wilson l’hanno scoperta accidentalmente nel 1964, compiendo esperimenti con ricevitori criogenici per indagare sulle origini del rumore radio presente ai laboratori Bell Telephone a Holmdel nel New Jersey. Il Cmb era l’unica sorgente di rumore che i due scienziati non potevano eliminare dai propri dati sperimentali. La scoperta della radiazione Cmb ha confermato la teoria cosmologica del Big Bang e ha fatto conseguire a Penzias e Wilson il Premio Nobel per la Fisica nel 1978. In base al potere di risoluzione di tale apparato sperimentale dei primi anni ’60, il Cmb appariva essere uniforme in ogni direzione e presente in ogni momento del giorno e della notte. Questa caratteristica supportava la teoria che il Cmb fosse un residuo del Big Bang. Misure più sensibili, e nello specifico quelle effettuate dal satellite Cosmic Background Explorer, hanno mappato l’intera volta celeste soggetta al Cmb con una risoluzione molto alta e hanno mostrato che esistevano minuscole variazioni (anisotropie) nel Cmb, che rafforzavano ulteriormente la teoria che il Cmb fosse stato un’impronta del Big Bang. Questa scoperta ha fatto conseguire a George Smoot e a John Mather il Premio Nobel per la Fisica nel 2006.

Sensori di polarizzazione raffreddati ad elioL’equilibrio elettrotermico nei superconduttori e la sua capacità di misurare l’energia elettromagnetica incidente, è stato scoperto negli anni ’40, ma i rivelatori Tes sono stati ampiamente usati solo negli anni

’90. Questi sono ora ampiamente impiegati per gli esperimenti sul Cmb. Il sensore superconduttore alle microonde su piano focale è costituito da una matrice di 1536 bolometri Tes accoppiati all’antenna e organizzati in coppia come 768 pixel sensibili alla polarizzazione; 180 pixel sono sensibili ad una radiazione alle microonde con frequenza di 90 GHz e 588 pixel sono sensibili ad una radiazione da 150 GHz. Il modulo sensore Cmb da 150 GHz consiste in bolometri Tes corrugati accoppiati a tromba e fabbricati presso il National Institute of Standards and Technology del Colorado. Ciascun modulo bolometro Tes da 150 GHz contiene una matrice di rivelatori con 84 pixel con doppia polarizzazione, fatti funzionare ad una temperatura di poche centinaia di millikelvin. L’energia incidente alle microonde viaggia lungo una guida complanare fino ad una transizione su microstriscia e quest’ultima alimenta un meandro dorato dissipativo (una resistenza riscaldante). L’energia alle microonde incidente che fluisce all’interno dei meandri provoca un riscaldamento. Questo meandro è connesso termicamente ai sensori Tes, che sono realizzati in una lega di alluminio e manganese. Questi dispositivi Tes operano al centro

delle proprie transizioni verso lo stato superconduttore, e sono dunque estremamente sensibili a piccole variazioni nella potenza ottica in ingresso. I moduli sensore Cmb da 90 GHz consistono in polarimetri a doppia polarizzazione su alloggiamento singolo che sono stati sviluppati presso il Laboratorio Nazionale delle Argonne. che incanala la radiazione Cmb verso una barra di assorbimento resistiva al PdAu. La barra ad assorbimento resistivo è accoppiata termicamente ad un Tes Mo/Au a due strati (Fig. 2). Sia per i sensori da 150 GHz, sia per quelli da 90 GHz, le variazioni termiche causate dall’assorbimento di energia alle microonde creano modifiche lentamente variabili nella resistenza di ciascun Tes, dell’ordine di alcuni Hertz. Le variazioni nella resistenza modulano una corrente di portatori che scorre attraverso ciascuno dei 1536 bolometri Tes. Queste correnti sono quindi amplificate attraverso dei dispositivi superconduttori ad interferenza quantistica (Squid). La necessità di trasportare tutte le 1536 misure dagli ambienti ultra-raffreddati del sensore su piano focale e delle matrici di dispositivi Squid verso le temperature relativamente più miti del Polo Sud, ha richiesto lo sviluppo

Fig. 1 - Il banco di telescopi presso la stazione Amundsen-Scott al Polo Sud è accoppiato termicamente ai Tes Mo/Au a due strati


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di uno schema digitale innovativo di multiplazione in frequenza o Dfmux, realizzato con Fpga Virtex 4 di Xilinx. Gli Squid sono caratterizzati da una larga banda, di modo che un allestimento a multiplazione di frequenza è usato facilmente in questa applicazione. Questo schema a multiplazione permette la condivisione degli Squid e minimizza il numero di fili che attraversano il criostato, il quale raffredda la matrice di sensori a piano focale senza degradare le prestazioni di rumore di ciascun bolometro. Il Dfmux è stato sviluppato presso l’Università McGill a Montreal, una delle istituzioni che gestiscono il Telescopio del Polo Sud.

Come interpretare i dati dei sensori La fotocamera SPTpol usa un Dfmux McGill di seconda generazione basato su un Fpga di Xilinx. L’Fpga sintetizza digitalmente un pettine di portanti che combina 12 frequenze di portante usando la sintesi digitale diretta o Dds (Direct digital synthesis). Il pettine di portanti entra nel criostato sul piano focale su un singolo cavo e controlla un insieme di 12 bolometri Tes. I singoli filtri LC analogici regolano ciascuno di questi 12 bolometri Tes in una banda di frequenza stretta. Ciascun bolometro risponde alla radiazione Cmb incidente e variabile nel tempo con una resistenza variabile su un intervallo di frequenze che va da 0,1 Hz a 20 Hz. La resistenza variabile del bolometro Tes modula la corrente dei portatori che scorre attraverso il

bolometro. Le correnti dei 12 bolometri Tes vengono quindi sommate fra loro per formare un “segnale di cielo” modulato. Un secondo pettine di frequenze con sintesi Dds, chiamato pettine “annullatore” controlla il nodo sommatore all’ingresso dell’amplificatore Squid. La fase e l’ampiezza del pettine annullatore sono impostate per cancellare il pettine di portanti attraverso l’interferenza distruttiva, lasciando solo i segnali rivelati dai bolometri, più una piccola quantità residua di potenza della portante. Uno Squid amplifica questo segnale, lo converte in una tensione e lo passa di nuovo all’elettronica a temperatura ambiente per il filtraggio, la conversione A/D e la demodulazione ad opera dell’Fpga. La Fig. 3 mostra un diagramma a blocchi del sistema. L’uscita digitale dell’Adc si inserisce direttamente nell’Fpga Virtex 4 per la demodulazione. Lo schema di demodulazione si basa sugli algoritmi digitali di conversione verso l’alto e verso frequenze più basse, usati per la telefonia mobile Gsm, con alcune eccezioni. In primo luogo, la banda per ciascun canale corrispondente ad un bolometro Tes è molto stretta, dell’ordine delle decine di hertz. In secondo luogo, i pettini di portanti sono realizzati a partire da portanti sinusoidali generate dall’Fpga Virtex 4. La modulazione delle portanti avviene all’interno dei bolometri Tes nel criostato. Un Fpga Virtex 4 gestisce quattro dei 12 insiemi di bolometri multiplati della fotocamera SPTpol. Lo schema Dfmux usa la logica su chip, la memoria e le risorse Dsp dell’Fpga Virtex 4 per la sintesi digitale di frequenza, la demodulazione (conversione verso frequenze inferiori, filtraggio e decimazione), la marca temporale e la memorizzazione. Attraverso l’Fpga vengono generati sia il pettine di frequenze delle portanti, sia il pettine annullatore, e inoltre è demodulato il segnale del cielo, il che significa che tutti i segnali operano in modalità al passo. Non è possibile per la generazione e la demodulazione del pettine che un segnale devii l’uno rispetto all’altro, perché essi si originano

dallo stesso clock master sull’Fpga. Di conseguenza, le fluttuazioni dei segnali di temporizzazione non costituiscono una sorgente di rumore significativa, cosa che è confermata dalle misure.

Un Fpga pienamente utilizzato Esistono due blocchi principali realizzati all’interno dell’Fpga: il sintetizzatore digitale multifrequenza e il demodulatore digitale multifrequenza. Il sistema usa due blocchi Dmfs identici per la sintesi delle frequenze. Uno genera il pettine di frequenze portanti e l’altro genera il segnale nullo. I sintetizzatori di frequenze operano a 200 MHz e impiegano Dac a 16 bit che girano a 25 Msample/sec. I sintetizzatori sono basati su dei sintetizzatori digitali diretti a 11 bit in complemento a due, creati dal compilatore dds di Xilinx. La risoluzione in frequenza è di 0,006 Hz per ciascun canale. La demodulazione del segnale del cielo inizia con la conversione digitale verso frequenze inferiori. Il segnale in ingresso è combinato con le forme d’onda di riferimento, per produrre i singoli segnali in banda base. La frequenza e la fase delle forme d’onda di riferimento sono indipendenti le une dalle altre. Il segnale del cielo demodulato è stato campionato con una risoluzione di 14 bit a 25 Msamples/s, ma la banda di interesse è molto più piccola rispetto alla banda di Nyquist corrispondente a questa frequenza di campionamento. Di conseguenza, i segnali demodulati in banda base passano attraverso dei filtri di decimazione di tipo Cic (Cascaded integrator comb), costruiti a partire da sommatori e da accumulatori nell’Fpga. Il filtro Cic al primo stadio decima il segnale in banda base di un fattore 128, con una precisione di 28 bit. L’uscita di questo filtro è quindi troncata a 17 bit. Il Dfmux multipla nel dominio del tempo otto canali del bolometro (25 Msamples/s) in un Cic1 che funziona a 200 MHz. Il filtro Cic1 ha un’ampiezza dati interna di 28 bit e un’uscita da 24 bit. Dopo il filtraggio al Cic1, tutti i canali del bolometro sono multiplati assieme ed alimentano

Fig. 2 - La matrice su piano focale del telescopio alle microonde del Polo Sud

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un singolo Cic2, il quale presenta sei gradi variabili di decimazione (per 16, 32, 64, 128, 256 e 512). Il filtro Cic2 è seguito da un filtro Fir a 152 stadi. All’uscita del filtro Fir vengono aggiunti un identificatore di canale e una marca temporale, i quali sono in seguito inviati alla memoria tampone a due porte con una lista di memorie tampone a rotazione. La grande capacità di memorizzazione della Sdram riduce i requisiti di latenza sul processore sintetizzabile Micro Blaze su Fpga, sul quale gira Linux e ha la funzione di supervisionare il flusso di dati attraverso il sistema. Una gestione più semplice della latenza permette l’attivazione dell’Mmu del processore e migliora in modo considerevole il funzionamento del sistema operativo Linux. Il controllo esterno della scheda Dfmux avviene attraverso una connessione Ethernet, per mezzo di un’interfaccia http, la quale usa due server Web che girano sul processore MicroBlaze. Tutto ciò che occorre per controllare la scheda Dfmux è un browser Web. Un ambiente in linguaggio Python fornisce un accesso diretto ai registri di controllo a livello di scheda per compiti di maggiore precisione, come la regolazione degli strumenti.

Impieghi futuri del bolometro La fotocamera SPTpol è uno dei numerosi esperimenti di questo tipo che sono stati realizzati per osservare la radiazione Cmb. La stessa scheda Dfmux usata nella fotocamera è anche parte dell’esperimento “E e B” condotto attraverso aerostati e dell’esperimento Polarbear Cmb, montato sul telescopio Huan Tran presso l’osservatorio James Ax in Cile. Una versione più avanzata della scheda Dfmux, nota come scheda Ice, basata su Fpga Kintex 7 di Xilinx, inizia ad essere adottata nei nuovi esperimenti Cmb e nel telescopio canadese Chime (Canadian hydrogen intensity mapping experiment). Chime è un nuovo radiotelescopio situato in una valle isolata vicino a Penticton, nel British Columbia. Il telescopio consiste in cinque grandi

riflettori parzialmente cilindrici da 100 x 20, grosso modo con le dimensioni e la forma di una rampa per snowboard, riempiti di file di ricevitori radio collocati lungo il fuoco di ciascun cilindro parziale. Non ci sono parti in movimento (al di fuori della Terra). Una volta terminata la sua realizzazione, il Chime effettuerà ogni giorno misure su più della metà della volta celeste, in base alla rotazione terrestre. Il Chime tuttavia non studierà la radiazione Cmb. Cercherà le prove dell’esistenza della radiazione oscura, esaminando le emissioni radio da 21 cm (con frequenza da 400 a 800 MHz) in un grande volume di spazio 3D, su distanze che vanno da 7 miliardi a 11 miliardi di anni luce. Il Chime misurerà gli “oscillatori acustici dei barioni” o Bao, che sono delle fluttuazioni periodiche di densità in enormi strutture cosmiche costituite da gas idrogeno. L’aggregato di materia Bao fornisce ai cosmologi un “metro standard” di circa 490 milioni di anni luce, usato per misurare distanze immense. Le variazioni del segnale Bao potrebbero rivelarsi essere i segni dell’energia oscura in azione. Almeno, questa è la speranza. Il Chime è essenzialmente un radiotelescopio ad allineamento di fase. Esso sintetizza un’immagine, registrando il segnale elettromagnetico attraverso una fila di antenne stazionarie, e quindi ricostruendo la volta celeste

sovrastante a partire dai dati raccolti, usando la correlazione 2D e l’interferometria. Il Chime richiederà 160 Fpga Kintex 7 interconnessi per elaborare i segnali ricevuti ad una velocità di diversi terabyte al secondo.

Più veloce della luce La teoria cosmologica dell’inflazione postula che l’universo abbia subito una violenta espansione nel giro di 10 fino a 35 secondi dopo il Big Bang, un’espansione fisica che superava la velocità della luce. Questo è piuttosto difficile da accettare se si pensa, come gran parte di noi fanno, che la velocità della luce è assoluta. Parte di tale teoria del Big Bang suggerisce che l’inflazione abbia lasciato dietro di sé un sottofondo di onde cosmiche gravitazionali o Cgb, oltre alla radiazione Cmb, e che la Cgb abbia impresso una firma alla radiazione Cmb sotto forma di polarizzazione. I risultati dell’esperimento Bicep2 sono i primi che confermano questa teoria. Secondo le previsioni, ulteriori risultati provenienti dalla fotocamera SPTpol, Ebex, Polarbear, dal Keck Array e dall’esperimento Bicep3 dovrebbero corroborare tale scoperta. A sua volta il Chime, quando inizierà a cercare l’energia oscura, aggiungerà un’altra dimensione alla nostra ricerca di conoscenza in campo cosmologico.

Steve Leibson Xilinx

www.xilinx.com

Fig. 3 - Diagramma a blocchi di un sistema di bolometri Tes basati su Dfmux per la misura della radiazione Cmb


focus34 Uno spettrometro

di massa indaga le cometeLa tecnologia Bira di Imec getta nuova luce sul ruolo delle comete all’interno del nostro sistema solare.

Il 12 novembre 2014 l’Esa ha sorpreso il mondo sviluppando per la prima volta in assoluto un modulo di atterraggio sulla

superficie di una cometa, nell’ambito della missione Rosetta. Anche Imec, in stretta collaborazione

con il Bira-Iasb, l’Istituto Belga di Aeronomia Spaziale, ha preso parte a questa missione. Non sul modulo di atterraggio, ma su uno degli strumenti a bordo della sonda Rosetta che vola accanto alla cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko nel

suo viaggio verso il sole. Con questo strumento, gli scienziati del Bira-Iasb hanno già risolto una questione chiave: sono state le comete a portare l’indispensabile acqua sulla Terra? Eddy Neefs, Johan De Keyser e Frederik Dhooghe, esperti di

Fig 1 - Rosetta e il modulo di atterraggio Philae sulla cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko

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aeronomia del Bira-Iasb, gettano ulteriore luce sulla missione Rosetta, spiegando i primi risultati importanti e il ruolo della tecnologia di Imec nell’ambito della missione. Il 2 marzo 2004 la sonda Rosetta fu lanciata verso la cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko per una missione della durata di dieci anni con l’obiettivo di orbitare attorno al nucleo della cometa per catturare immagini e per studiare la cometa. A questo scopo, a bordo del satellite erano presenti 11 strumenti scientifici e un modulo di atterraggio. Nel novembre 2014 questo modulo di atterraggio, noto come Philae, è atterrato sul nucleo della cometa per studiare la sua composizione sul posto. Mai prima di allora un velivolo spaziale era giunto così vicino a una cometa.

Le comete, i fossili del nostro sistema solareCome spiega Johan De Keyser: “Il nucleo di una cometa può essere considerato come una palla di neve sporca, del diametro di qualche chilometro, composta di polvere e di ghiaccio. Quando si avvicina al sole, il ghiaccio sublima e la polvere viene rilasciata, formando l’atmosfera della cometa. Al pari di quanto avviene nell’atmosfera della Terra e in quelle di Venere e di Marte, il gas neutro presente nell’atmosfera della cometa si ionizza e si dissocia per effetto della luce ultravioletta proveniente dal sole.” Le comete possono rivelare maggiori informazioni sull’origine del nostro sistema solare, avvenuta più di 4 miliardi di anni fa. E forse anche sull’origine della vita sulla Terra. Frederik Dhooghe puntualizza: “Le comete si formarono nello stesso periodo in cui ebbe origine il nostro sistema solare. Esse si formarono al di fuori della cosiddetta “linea della neve”. In questa regione, la temperatura è così bassa che l’acqua e gli altri composti volatili rimangono permanentemente ghiacciati. Di conseguenza, la loro composizione si è più o meno preservata dalle origini del nostro sistema solare. E questo è il motivo per cui le comete portano con sé una grande quantità di informazioni

su questo periodo di tempo. Con la missione Rosetta, intendiamo trovare la risposta a un interrogativo fondamentale: sono state le comete a fornire l’indispensabile acqua al nostro pianeta? Per trovare prove che avvallino questa ipotesi, dobbiamo misurare il rapporto fra deuterio e idrogeno (D/H). Questo rapporto è più o meno costante per un certo corpo celeste. La Terra, e più specificamente l’acqua presente sul nostro pianeta, possiede un certo rapporto D/H. Se fosse vero che le comete sono responsabili della presenza dell’acqua sulla Terra, dovremmo trovare lo stesso valore D/H nell’acqua presente nelle comete. In passato, per un grande numero di comete, la misura da remoto ha già rivelato valori superiori rispetto al valore riscontrato sulla Terra. Ma due comete della cosiddetta “famiglia di Giove” hanno mostrato esattamente

lo stesso D/H presente sul nostro pianeta. 67P/Churyumov-Gerasimenko appartiene anch’essa a questa famiglia di comete, e questo rende la missione Rosetta altamente interessante.”

Lo spettrometro di massa Per trovare una risposta a tutti questi interrogativi, il Bira-Iasb, in collaborazione con l’Università di Berna e con altri partner belgi e provenienti da altri Paesi, ha sviluppato lo spettrometro di massa a doppia focalizzazione o Dfms. Quest’ultimo è parte dello strumento Rosina (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis), uno degli 11 strumenti scientifici a bordo della sonda Rosetta. Lo spettrometro di massa è stato sviluppato per misurare gli ioni e le particelle neutre nell’atmosfera della

Fig. 2 - Rappresentazione schematica di uno spettrometro di massa Dfms che si trova all’interno della sonda Rosetta


focus


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cometa. La sezione di rilevazione è stata realizzata in gran parte in Belgio, dal Bira-Iasb, dall’Oip e da Imec. Eddy Neefs spiega: “Una parte fondamentale del rivelatore è il Leda, la matrice lineare di rivelatori di elettroni. Imec ha progettato e ha fabbricato il chip, in base alle specifiche definite dal Bira-Iasb. Il chip Leda consiste in una matrice lineare di 512 anodi. Ciascun anodo è largo 25 micrometri ed è caratterizzato da una distanza inter-anodo di meno di 3 micrometri. Per motivi di ridondanza, la matrice è suddivisa in due righe elettronicamente indipendenti. Il Leda è montato dietro ad una piastra a microcanali, la quale converte gli ioni, ordinati per massa, in piccole nuvole di elettroni. Queste ultime vengono catturate dal Leda.” Per permettere la misura e l’identificazione degli ioni e dei componenti neutri nell’atmosfera della cometa, il chip doveva soddisfare dei requisiti stringenti. Puntualizza ancora Neefs: “Lo spettrometro di massa di fronte al modulo rivelatore è stato progettato per misurare la massa del gas della cometa con una risoluzione molto alta. Di conseguenza, abbiamo dovuto adattare il rivelatore per ottenere una simile risoluzione. Più nello specifico, la suddivisione dei valori di massa deve essere supportata dalla risoluzione dei pixel del rivelatore. E questa è una delle ragioni per cui ci siamo rivolti ad imec: il centro possiede le competenze necessarie per realizzare ciò su una tecnologia su semiconduttore molto avanzata. Con il chip, otteniamo una risoluzione di misura della massa di 1 su 3000, che

è eccezionalmente buona. Questo facilita l’identificazione delle diverse particelle che misuriamo. L’intervallo di misura delle masse del Dfms è di 150 amu (unità di massa atomica). I pixel presentano un comportamento lineare e sono uniformi. Il chip è realizzato in tecnologia Cmos, è resistente alle radiazioni e sopporta le basse temperature. Inoltre, la sensibilità del chip e la sua velocità di acquisizione dati soddisfano le nostre aspettative.” Sono state le comete a portare l’acqua sulla Terra?L’appuntamento della sonda Rosetta con la cometa ha avuto luogo all’inizio di agosto 2014. Da allora in poi, Rosina ha esplorato l’atmosfera della cometa. Per preparare l’atterraggio di Philae nel novembre 2014, il satellite si è avvicinato molto al nucleo della cometa, a una distanza di circa 10 Km. Spiega Dhooghe: “Le misure di H2O e di HDO con i nostri Dfms ci hanno consentito di determinare il rapporto D/H dell’atmosfera della cometa. Questo ci ha consentito di rispondere ad uno degli interrogativi chiave della missione Rosetta. Il rapporto D/H della cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko si è rivelato essere superiore rispetto al rapporto presente sulla Terra. La conclusione è che le comete come la 67P/Churyumov-Gerasimenko non sono la sorgente principale di acqua sulla Terra.”

Un’atmosfera eterogenea sulla coda della cometa Rosina ha anche rivelato che la quantità di gas che fuoriesce dal nucleo della cometa mostra

grandi fluttuazioni nel tempo, che corrispondono al periodo di rotazione della cometa. Come spiega De Keyser: ”Anche la posizione sulla cometa ha un impatto su questa variazione. Oltre a ciò, abbiamo una chiara indicazione che neanche la composizione dell’atmosfera della cometa è uniforme. I componenti principali che misuriamo nella sua atmosfera sono idrogeno, monossido di carbonio e biossido di carbonio. Il rapporto di questi componenti varia in relazione alla posizione. In questo momento, disponiamo di informazioni sufficienti per concludere che neanche la composizione del ghiaccio sulla superficie della cometa è uniforme.”

In viaggio verso il sole Nel frattempo, Rosetta prosegue il proprio viaggio verso il sole accanto alla cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, e terminerà la propria missione alla fine del 2015. “In questo momento, la coda della cometa non è completamente sviluppata. Quando “Chury” si avvicinerà al sole, verrà rilasciato sempre più gas. Ciò è molto interessante, ma potrebbe anche complicare la missione. Speriamo di poterci avvicinare presto alla cometa e di essere in grado di esplorarla più da vicino” prosegue De Keyser. “Nell’avvicinarci al sole, sorgono nuove speranze che il modulo di atterraggio Philae si risvegli: “Purtroppo, Philae molto probabilmente è finito fra due rocce, impedendo ai pannelli solari di alimentare la batteria. Quando si avvicinerà al sole, c’è una possibilità che si risvegli. Speriamo che le misure di Philae “sul campo” possano confermare le nostre scoperte” spiega De Keyser, mentre Dhooghe conclude: “Speriamo di poter proseguire le misure con il nostro strumento. Ciò nonostante, questa missione ha avuto finora grande successo. L’uomo è affascinato dalle comete da migliaia di anni. Con la nostra tecnologia, siano stati in grado di contribuire a dare risposta a uno dei molti interrogativi aperti che avvolgono di mistero le comete.”

a cura di Laura Reggiani

Fig 3 - Il chip rivelatore Leda su un supporto ceramico (a sinistra) e integrato all’interno di un modulo rivelatore (a destra)

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focus


Tecnologie intelligenti

per la sorveglianza e la ricognizione

La richiesta di tecnologie e infrastrutture per Isr ( Intelligence, surveillance and reconnaissance) sta crescendo notevolmente.

Giusto per fare un esempio concreto, nel decennio 2002-2011, la spesa della difesa americana relativa a queste tecnologie è aumentata di 6 volte, un incremento notevole soprattutto se comparato alla crescita piatta delle spese complessive del settore. Ma non parliamo solo di Stati Uniti: un trend simile si può riscontrare in tutto il mondo. La progettazione assistita e guidata dalla simulazione numerica ha giocato un ruolo fondamentale nello sviluppo di tecnologie innovative: dai velivoli senza equipaggio alle antenne, dall’ingegneria di sistema no all’embedded software. Lo sviluppo di questo settore è dovuto al fatto

che Isr è una capacità fondamentale per prendere decisioni in un teatro bellico o in altri ambiti operativi, come ad esempio le catastro naturali o le operazioni di ordine pubblico, e a tendenze che stanno interessando il settore della difesa, quali il passaggio delle otte militari da unico grande sistema a una serie di unità multiple scalari e asimmetriche che a volte includono attori che non sono parte delle forze armate. In questo scenario, diventa indispensabile ottenere informazioni e poter coordinare le forze sul campo attraverso sistemi Isr. Per rendere più ef caci le strategie “area-denial“ nelle regioni di interesse intorno al globo, sono necessari sistemi che riescano ad operare ef cacemente in remoto, in ambienti sicamente ostili che rendono

dif cile il funzionamento dei sistemi elettronici. Inoltre, la quantità di dati generata da una piattaforma Isr cresce esponenzialmente, rendendo stressante il processo decisionale e complicando le infrastrutture esistenti, specialmente nell’area della comunicazione dei satelliti militari. La vera s da è convertire questa immensa quantità di dati in intelligence. Quali sono allora le tendenze e le aree tecnologiche chiave e come può contribuire la simulazione?

Un design af dabileEuropa e Stati Uniti stanno riducendo la spesa per la difesa. Mentre si può fare economia lavorando su diversi fattori come la modi ca dei processi di acquisto, come ridurre i costi di prodotti ad alta tecnologia rimane

Le nuove tendenze che stanno interessando il settore della difesa portano alla necessità di ottenere informazioni e di poter coordinare le forze sul campo attraverso sistemi di intelligence, sorveglianza e ricognizione.


focus38 un punto aperto. L’impatto positivo

della progettazione basata sulla simulazione incide notevolmente su questo fattore perché cambia il processo di sviluppo prodotto facendolo diventare più efficiente, rendendo i team di progettazione sempre più produttivi e preparati ad affrontare problemi complessi con risorse limitate. Attualmente, nella comunità di contractor nel settore difesa, vi è un rinnovato focus sull’implementazione di strategie model-based system engineering. Un obiettivo importante della comunità di progettisti è quello di collegare le specifiche del progetto attraverso modelli funzionali e ad ordini ridotti a simulazioni fisiche dettagliate, realizzate in un ambiente integrato che gestisca il testing e la validazione, e interagisca direttamente con il software di controllo embedded. Ogni step di questo processo contribuisce a ridurre i rischi (e gli elevati costi) di errori identificati in stadi avanzati, a migliorare la qualità dei prodotti e ad aumentare il tasso di innovazione. La realtà odierna è che

lo sviluppo di complessi prodotti Isr richiede una serie di strumenti di simulazione: dal Cad e Plm ai sistemi Cots e a strumenti sviluppati in-house. Questo insieme di tool diversificati riduce però l’efficienza nella progettazione poiché molto deve essere creato appositamente per una simulazione specifica, lo scambio dei dati è inefficiente, gli ingegneri più esperti vengono coinvolti in attività di basso livello, e lo staff deve essere seguito e istruito. Le più grandi aziende del modo, operanti in settori anche molto diversi dall’aerospaziale, si trovano ad affrontare questa situazione e stanno sviluppando soluzioni innovative che includono la messa a punto di workflow di simulazione personalizzati ed automatizzati che consentono agli analisti esperti di delegare parte del loro lavoro ai progettisti senza sacrificarne la qualità, includono conoscenze e soluzioni di gestione dei dati che riducono operazioni ripetitive e facilitano la condivisione di risultatied esperienze apprese, facendole diventare un patrimonio aziendale

riutilizzabile anche quando i team di lavoro sono geograficamente localizzati in siti lontani tra loro.

Operare in ambienti ostiliCon la crescita di sofisticate strategie A2AD (Anti-Access and Area-Denial), le tecnologie Isr devono performare perfettamente in ambienti ostili. Alte temperature, interferenze elettromagnetiche, presenza di agenti come sabbia, acqua, salsedine, e tutto lontano da una base dove si può accedere a un’assistenza sufficiente. La progettazione basata sulla simulazione ha un ruolo chiave in questa transizione. Comprendere il comportamento radar di velivoli elettrici, analizzare la suscettibilità dei sistemi elettronici e la capacità dei componenti di resistere a condizioni ambientali estreme sono solo alcuni dei problemi che i progettisti si trovano ad affrontare e che possono gestire in un ambiente virtuale, sottoponendo il prodotto a cicli di test impossibili da immaginare in precedenza. Non è solo la precisione del software che permette questo, ma anche la possibilità di fare analisi multifisiche avanzate e di utilizzare la tecnologia Hpc (High performance computing) per effettuare migliaia di simulazioni in tempi limitati sfruttando le moderne architetture multicore di workstation e cluster.

Quantum computingPer essere efficaci, i dati Isr devono essere convertiti in informazioni pratiche. L’aumento di dati generati è sbalorditivo, basti considerare la rapida crescita nella raccolta di dati video che ciascuno di noi effettua con il proprio cellulare. Trasmettere e processare questi dati in maniera sicura per le esigenze Isr è un punto importante lungo tutta la catena del processo. Una volta ricevuti, i dati devono essere elaborati il più velocemente possibile. Numerosi fornitori e agenzie nel settore della

Fig. 1 - Linee che identificano il flusso aerodinamico generato da una ventola che raffredda un array di schede (immagine creata con Ansys Cfd-Post)

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39difesa stanno investendo molto nel potenziale del quantum computing.

Materiali evolutiNell’era dei sistemi con materiali avanzati, come quelli che adempiono a più di una singola funzione, il ruolo dei materiali nella tecnologia Isr tende a proliferare. A livello tattico, i materiali elettronici portabili e i sensori renderanno possibile l’informazione immediata in tempo reale. Le nuove tecnologie a display, come ad esempio i Google Glass, consentiranno un’efficienza assoluta. Le armature leggere e i sistemi di protezione accresceranno le capacità di sopravvivenza di soldati e la resistenza degli equipaggiamenti. Materiali multifunzionali verranno impiegati nelle ali dei velivoli e nei sistemi di accumulo di energia, aumentando la resistenza grazie a maggior potenza e minor peso. In ambienti rigidi e in cui vi è l’attenzione alla progettazione sostenibile, i nuovi

materiali saranno impiegati per ampliare il ciclo di vita minimizzando i costi. La simulazione ha un ruolo primario in ogni stadio di sviluppo dei materiali innovativi; dalla scienza dei materiali fino al design, alla produzione e al supporto al ciclo di vita.

Modularità e consolidamentoPoiché lo sviluppo di tecnologia Isr è rapidamente progredito in anni recenti, sono state create piattaforme personalizzate che spesso sovrappongono le loro funzioni. Questo approccio, che soddisfa sicuramente le emergenti ed ancora non sempre ben definite necessità tattiche a breve termine, non è adatto a soddisfare le esigenze di disponibilità ed economicità a lungo termine o le richieste pratiche e logistiche di supportare le piattaforme sul campo. Negli anni futuri, la community Isr vedrà

un consolidamento di tecnologie comuni, una transizione verso la modularità delle piattaforme che permetterà ai sistemi di assolvere a funzioni multiple, e un’interoperabilità per fare in modo che i sistemi possano comunicare tra loro senza barriere. Questi obiettivi sensibili di alto livello pongono delle sfide ambiziose e la simulazione è la risposta. Oltre alle problematiche di natura strutturale quali dimensioni, peso, potenza e raffreddamento, una delle difficoltà maggiori riguarda l’integrazione di software e le interfacce di comunicazione. Le piattaforme diventano sempre più complesse e dipendenti dal software quindi la modularità e l’interoperabilità del software e dell’hardware rappresentano elementi importanti.

Robert HarwoodAerospace & Defense Industry Director

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focus40 Rilevare la corrente

nei veicoli spazialiLa necessità di una rilevazione precisa della corrente in veicoli spaziali è in crescita. È possibile realizzare sistemi di bordo complessi e un’ampia gamma di progetti utilizzando diverse classi di amplificatori.

In anelli di regolazione in cui occorrono informazioni sulla corrente di carico per il monitoraggio dell’alimentatore,

la regolazione dell’attuatore e del motore elettrico, la limitazione della corrente, la protezione contro i guasti, la compensazione di linea e molte altre funzioni, sono necessari il monitoraggio e la rilevazione precisi della corrente. Il presente articolo esamina la rilevazione della corrente continua mediante un resistore di shunt nonché soluzioni alternative e compromessi sulla progettazione. Sebbene l’articolo si concentri sugli alimentatori in ambito satellitare, gran parte della discussione può

riguardare più generalmente altre applicazioni di rilevazione della corrente.

I requisiti di un’alimentazioneIndipendentemente dalle dimensioni del veicolo spaziale, i problemi relativi a un sistema di alimentazione ai quali devono far fronte i progettisti sono simili; l’obiettivo sarà quello di massimizzare le prestazioni, al tempo stesso determinando il giusto equilibrio tra il peso, l’affidabilità e l’efficienza per soddisfare i requisiti della missione al costo totale più basso possibile e con rischio minimo per il programma. La tendenza, a cui

dà impulso la richiesta di capacità superiore, più funzionalità, risoluzione più elevata e numero maggiore di strumenti, è verso l’aumento della complessità del sistema di alimentazione e verso un consumo maggiore di energia. Al livello di circuito questo comporta:• un numero crescente di linee

di alimentazione con tolleranze rigorose sull’alimentatore e sequenza di accensione strettamente controllata a causa dei dispositivi elettronici sempre più complessi, come gli Fpga;

• l’uso di sistemi di protezione completamente elettronici, più robusti, per sostituire i relè e gestire le corrispondenti operazioni di bus di alimentazione ridondanti;

• una maggiore attenzione all’efficienza tramite l’uso di sistemi di alimentazione a tensione più alta, sofisticata gestione della batteria e regolazione avanzata dell’energia.

La progettazione di un sistema di alimentazione che presenti queste caratteristiche richiede molti circuiti di monitoraggio della corrente in tutti i circuiti ausiliari e del carico utile. La soluzione ideale combina efficienza, precisione e ingombro ridotto. Aggiungendo gli effetti indotti dalle radiazioni e la scelta limitata di componenti immediatamente disponibili in commercio qualificati per applicazioni spaziali, resistenti alle radiazioni o altrimenti adatti, il compito diventa ancora più difficile.

Limitazioni sulla corrente in veicoli spazialiPer proteggere gli alimentatori da guasti di cortocircuito all’uscita o anomalie transitorie che vadano oltre le condizioni di funzionamento

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sicuro, si può impiegare un limitatore di corrente latching che funzioni da fusibile elettronico ripristinabile. I limitatori di corrente fold-back sono più complessi e cercano di mantenere funzionale l’alimentatore in sicurezza stabilendo un limite massimo della corrente di funzionamento del circuito. I tipici circuiti di protezione a corrente costante riducono la tensione di uscita per regolare la massima potenza erogata al diminuire della resistenza del carico. Uno svantaggio di questo approccio è la maggiore differenza tra la tensione d’ingresso e quella di uscita, che causa una maggiore dissipazione nell’elemento di regolazione. Per far fronte a questo problema, si ricorre a un ulteriore perfezionamento riducendo la corrente di uscita con la tensione di uscita, evitando così una dissipazione eccessiva di potenza in caso di una grave condizione di guasto e danni termici. Incidentalmente, i

circuiti integrati di alcuni regolatori lineari di potenza includono un analogo meccanismo di limitazione della corrente a livello di chip, il che previene la fuga termica e, alla fine, la distruzione del dispositivo al di fuori dell’area di funzionamento in sicurezza.

Compromessi sulla rilevazione della correnteLe misure per la rilevazione della corrente continua sono invasive per il circuito, poiché si inserisce un resistore di rilevazione in serie con il carico per creare una caduta di tensione proporzionale alla corrente di carico, secondo la legge di Ohm. La selezione del resistore di carico rappresenta un compromesso tra la dissipazione di potenza nel resistore stesso e la precisione della misura di corrente. Per evitare una dissipazione eccessiva di potenza nel resistore di carico, la sua resistenza deve

essere quanto più piccola possibile pur consentendo di rilevare un segnale di corrente minimo. Il minimo segnale riproducibile con precisione è limitato principalmente dall’offset d’ingresso Cc del circuito di misura. Un altro parametro importante del circuito di misura è la tensione di modo comune all’ingresso. Ciò è particolarmente importante per il monitoraggio della linea di alimentazione, poiché il circuito di misura deve monitorare, oltre al bus di alimentazione di modo comune, la piccola tensione differenziale che si sviluppa ai capi del resistore di rilevazione. Si fa riferimento a questa configurazione con il termine high-side (Fig. 1a); si tratta della configurazione più frequente e più vantaggiosa per la maggior parte delle applicazioni. In una situazione ottimale, il circuito di rilevazione della corrente high-side offre flessibilità, come la possibilità di

Fig. 1a - Generico circuito di rilevazione della corrente high-side Fig. 1b - Generico circuito di rilevazione della corrente low-side

Fig. 2a - Classica rilevazione di corrente low-side con amplificatore operazionale universale Fig. 2b - Rilevazione di corrente con un amplificatore di strumentazione


focus42

alimentarlo direttamente dalla linea di alimentazione monitorata oppure da un alimentatore indipendente, regolabile separatamente. Un’altra caratteristica vantaggiosa è la possibilità di alimentare il circuito dall’uno o dall’altro lato del resistore di rilevazione, consentendo quindi di includere nella corrente monitorata - o escludere - la corrente assorbita dal circuito. Al contrario della rilevazione della corrente high-side, con la configurazione low-side si inserisce il resistore di rilevazione nel percorso di ritorno a massa del carico (Fig. 1b), per cui la tensione di modo comune è prossima a massa e l’uscita può essere riferita a massa. Lo svantaggio della rilevazione low-side è che un guasto del carico in cortocircuito non sarà rilevato e il carico viene sollevato, rispetto alla

vera massa, dalla caduta di tensione ai capi del resistore di rilevazione.

Alternative per l’amplificatore Sebbene implementazioni semplici con transistor discreti rimangano un’opzione nelle applicazioni per veicoli spaziali, le prestazioni migliorate, le funzionalità perfezionate e l’ingombro ridotto del circuito ottenibili con soluzioni a circuiti integrati rendono queste ultime interessanti. Naturalmente vi sono sempre compromessi da considerare in termini di prestazioni relative alle radiazioni, modalità di guasto e sistemi preesistenti nel veicolo spaziale. La rilevazione di corrente è ottenibile con numerose tipologie diverse di amplificatori a circuiti integrati.

• Gli amplificatori operazionali universali sono adatti per la rilevazione di corrente “low-side” a causa del loro intervallo limitato di tensioni di modo comune. Il loro elevato guadagno ad anello aperto richiede un circuito di retroazione (Fig. 2a) e quindi li limita a segnali d’ingresso sbilanciati. Tuttavia, negli ultimi anni sono stati introdotti nuovi dispositivi con elevate tensioni d’ingresso di modo comune, come l’LT6016 di Linear Technology, anch’essi adatti per la rilevazione di corrente “high-side”.

• Gli amplificatori differenziali sono impiegati quando è necessaria una rilevazione di corrente bidirezionale, come nei sistemi di regolazione di motori elettrici, e presentano un ampio intervallo di tensioni d’ingresso di modo comune che possono superare di un margine considerevole la tensione di alimentazione del dispositivo. Gli amplificatori differenziali incorporano resistori di regolazione di precisione che ne limitano i rapporti di guadagno a valori costanti predefiniti.

• Gli amplificatori di strumentazione possono essere considerati amplificatori differenziali dotati di uno stadio pre-amplificatore (Fig. 2b) che offre più flessibilità, con guadagno variabile impostabile mediante un resistore esterno. Il pre-amplificatore ha l’impedenza di uscita molto alta che riduce al minimo il carico sul bus di alimentazione, rendendo possibile la misura di correnti del sistema minori rispetto a quanto sia possibile con un amplificatore differenziale. Uno svantaggio è che la tensione di modo comune in genere è limitata alla tensione di alimentazione.

• Gli amplificatori a deriva nulla o “stabilizzati con chopper” assicurano la minima tensione di offset all’ingresso. Ad esempio, per l’LT2050 la tensione è specificata a 3 µV, offrendo una rilevazione di corrente ad altissima precisione. Ma con il funzionamento limitato a 6 V, questa soluzione è adatta per la

Fig. 3 - Configurazione tipica con guadagno pari a 50 la cui funzione di trasferimento è 1 V/A

Fig. 4 - L’RH6105 può eseguire il monitoraggio ai capi di un fusibile o un interruttore

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43rilevazione di corrente low-side. • Gli amplificatori a rilevazione

di corrente presentano un set di funzionalità ottimizzate e specifiche pensate per l’operazione. Possono quindi ridurre i tempi di progettazione e offrire una soluzione flessibile per diverse applicazioni di rilevazione della corrente. Uno di questi amplificatori è l’RH6105, una versione dell’LT6105 qualificata di classe V Mil-Prf-38535 e resistente alle radiazioni.

Amplificatore a rilevazione di corrente resistente alle radiazioniL’RH6105 presenta una topologia d’ingresso unica che ne consente l’uso in un’ampia gamma di applicazioni di rilevazione di corrente:• rilevazione di corrente high-side o

low-side;• pilotaggio di carico induttivo a un

quarto di ponte, semiponte o ponte intero;

• monitoraggio di linee di alimentazione (alimentatori a tensione positiva o negativa);

monitoraggio di fusibili e Mosfet. L’importanza di una bassa tensione di offset all’ingresso è stata già discussa in questo articolo. In genere per l’RH6105 questa tensione è di ±100 µV a una pre-irradiazione di 25°C, facilitando l’uso di un resistore di rilevazione di piccola resistenza pur mantenendo buona precisione della misura. Come illustrato in Fig. 3, l’RH6105 mantiene i tradizionali resistori esterni di impostazione del guadagno, consentendo di ottimizzare il circuito di rilevazione della corrente secondo l’intervallo d’ingresso di un convertitore analogico/digitale o la specifica soglia d’ingresso di un comparatore. La versatilità dell’RH6105 risulta dalla sua esclusiva tecnologia d’ingresso. L’intervallo di tensioni di modo comune all’ingresso va da -0,3 a +44 V rispetto a V-, indipendentemente

dalla V+ utilizzata per polarizzare il dispositivo. Ad esempio, il dispositivo potrebbe essere alimentato da una linea a 5 V mentre monitora un bus di alimentazione a 28 V. Inoltre, gli ingressi del dispositivo rimangono ad alta impedenza anche se l’alimentazione V+ viene disinserita intenzionalmente, continuando quindi a presentare un carico adeguato al sistema e risultando ideale per applicazioni fail-safe o con bus ridondante. Inoltre, l’RH6105 ha un intervallo di tensioni d’ingresso differenziali di ±44V, consentendo di monitorare tensioni ai capi di un interruttore o un fusibile aperto come illustrato in Fig. 4. Analogamente, se sul carico si sviluppa un circuito aperto, il dispositivo rimane integro e la corrente viene limitata ad alcuni milliampere.

Steve MunnsMil-Aero Marketing Manager

Linear Technology www.linear.com

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focus44 Dalle scatole nere all’IoT

Le scatole nere sono alla base delle analisi relative alla sicurezza aerea da oltre cinquant’anni: è arrivato il momento di chiederci se oggi non occorra invece un metodo più moderno, accurato e tempestivo di comprendere le problematiche del settore

I primi prototipi di scatola nera vennero introdotti sugli aeroplani negli anni Quaranta del secolo scorso in conseguenza della

necessità dei militari di registrare meglio i dati dei voli sperimentali e dell’interesse delle compagnie aeree commerciali nel determinare le cause di eventuali disastri. La progettazione e l’impiego delle scatole nere proseguirono per il decennio seguente, anche sulla spinta di una serie di incidenti che costrinsero a terra l’intera flotta esistente di aerei de Havilland Comet. Senza alcun testimone o sopravvissuto, riuscire a determinare la causa di questi disastri era praticamente impossibile;

questo spinse l’Aeronautical Research Laboratory australiano a raccomandare la registrazione dei dati di volo critici costruendo un prototipo iniziale di scatola nera. Dopo l’inchiesta sul disastro del volo 538 della Trans Australia Airlines del 1960, uno dei magistrati inquirenti raccomandò l’installazione di registratori di volo su tutti i velivoli facendo così diventare l’Australia il primo Paese a rendere obbligatoria la registrazione delle voci dei piloti in cabina. Nel resto degli anni Sessanta la maggior parte degli altri Paesi fece lo stesso, tanto che alla fine del decennio quasi tutte le compagnie avevano dotato le proprie flotte

di registratori di volo. Le scatole nere sono alla base delle analisi relative alla sicurezza aerea da oltre cinquant’anni: è arrivato il momento di chiederci se oggi non ci occorra invece un modo più moderno, accurato e tempestivo di comprendere le problematiche di questo settore.

Apparati supplementari di comunicazione e monitoraggioSugli aeromobili moderni vengono utilizzati numerosi dispositivi di comunicazione: radiotrasmissioni vocali, registratori di volo, registratori di cabina, transponder di altitudine, Gps (Global positioning system) satellitari, Ads-B (Automatic dependent surveillance-broadcast), Acars (Aircraft communications addressing and reporting system), comunicazioni satellitari e adesso persino sistemi di comunicazione cellulare 4G Lte. La maggior parte di questi sistemi è stata portata a bordo prima dello scorso decennio per aumentare la sicurezza

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e la consapevolezza situazionale; in tempi più recenti, invece, la banda larga satellitare e i sistemi 4G Lte sono stati soprattutto un mezzo per arricchire l’entertainment a disposizione dei passeggeri, per quanto la banda aggiuntiva che ne è risultata sia stata poi sfruttata per migliorare la qualità e l’efficienza dei voli.

Comunicazione e monitoraggio dei motori in tempo realeI fabbricanti di motori a turbina e i fornitori di grandi sottosistemi sono all’avanguardia nel comparto del monitoraggio in tempo reale e hanno già installato sistemi di questo tipo a bordo dei velivoli commerciali. Questi sistemi raccolgono i dati in tempo reale generati dai sistemi di bordo (on-premise) e quindi li combinano in remoto (off-premise, tipicamente un cloud/data center) con dati storici e dati in tempo reale provenienti da altri sistemi per eseguire analisi capaci di trasformare questi giganteschi database in una business intelligence immediata. Questo sistema interconnesso che integra informazioni provenienti da sensori real-time con dati di altra natura è normalmente conosciuto col nome di Internet-of-Things. Questa intelligence derivante dall’IoT può rivelare tendenze e pattern di guasti su sistemi di volo specifici, su classi di sistemi di volo o su intere flotte di aeromobili consentendo interventi immediati per ottimizzare le operazioni o allineare ricambi, manutenzione e riparazioni in modo da ottimizzare i livelli di disponibilità degli aerei. Questo riduce le interruzioni operative, aumenta la facilità di intervento e permette di ridurre le maggiori problematiche di performance e manutenzione. È un vantaggio per tutti: le compagnie aumentano le performance operative e l’efficienza dei consumi di combustibile, mentre i fabbricanti di sistemi aeronautici ottengono preziose informazioni per poter creare una nuova generazione di sistemi ancora più potenti e affidabili. La raccolta e l’integrazione di questi dati sono procedure totalmente autonome

che favoriscono un aumento delle percentuali di campionamento IoT per l’intero settore. L’analisi di questi dati è un servizio erogato secondo un modello di business scalabile, dalla versione low-cost fino ai livelli più completi comprensivi di gestione, ottimizzazione e intelligence dedicata alle singole flotte. Ecco un esempio di intelligence ricavabile combinando dati prestazionali storici con dati in tempo reale per trasformare e migliorare le operazioni delle compagnie aeree:• gestione ottimizzata del

combustibile per ridurne i consumi;• rotte ottimizzate grazie ai servizi

Pbn (Performance-based navigation) che riducono le miglia volate e, di conseguenza, consumi ed emissioni, oltre a consentire la riduzione del rumore sulle rotte;

• gestione ottimizzata delle sequenze e dei flussi di traffico aeroportuali per una migliore sincronizzazione delle flotte e riduzione dei tempi di attesa a terra;

• analisi di volo per ottimizzare le attività di Mro.

L’intelligence dei sistemi IoT crea più sicurezzaCon i sistemi IoT odierni e la vasta gamma di capacità disponibili per comunicare lo stato di un velivolo (Fdr, Cvr, voce/radio, transponder, Gps, Acars, Ads-B, Satcom e 4G Lte) è difficile comprendere perché mai non si possa conoscere la causa di un disastro aereo fintanto che non viene recuperata la scatola nera. Le

perdite del volo Air France 447 e del volo Malaysian Airlines 370 dimostrano la necessità di un modo migliore di acquisire immediatamente i dati di volo in tempo reale non appena i sistemi iniziano a degradarsi, e certamente ben prima che avvenga la perdita del velivolo. Le scatole nere sono preziose solo dopo un disastro e solo se il velivolo viene ritrovato in modo tempestivo. Molte scatole nere di aerei precipitati si trovano in zone praticamente impossibili da raggiungere. Le scatole nere dei voli United #389 (1965), Pan Am #816 (1973) e Eastern Airlines #980 (1985), per esempio, non sono mai state recuperate. Le comunicazioni radio sono utili solo se vi sono persone che comunicano puntualmente e con dizione chiara. I Gps sono perfetti per la localizzazione ma necessitano di ulteriori informazioni - oltre a quelle richieste da Ads-B - prima di poter diventare una vera fonte di business intelligence e di consapevolezza situazionale in tempo reale. Satcom e 4G Lte offrono una notevole larghezza di banda ma molte compagnie aeree non ne sono dotate, e un numero ancora inferiore sfrutta la bandwidth per trasmettere le informazioni dei sensori e della piattaforma per un’analisi immediata che permetta di ottimizzare la sicurezza del volo e le performance operative. Occorre aumentare la consapevolezza situazionale dei velivoli commerciali mediante il comprovato modello di business dell’IoT, che raccoglie/analizza i dati in tempo reale da una


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ampia gamma di sensori e sfrutta la conseguente intelligence per eseguire analisi predittive non solo per migliorare le performance di volo ma anche per aumentarne la sicurezza fino al punto da evitare la perdita del velivolo. Nel caso peggiore si potrà almeno conoscere il motivo della perdita di un aereo così da avviare immediatamente la correzione di qualsiasi possibile inconveniente all’interno delle flotte prima ancora di aver recuperato la scatola nera dalla scena del disastro. Quello che un registratore di volo può fornire non riflette le vaste fonti di informazioni che sono oggi disponibili nei sistemi aeronautici. Memorizzare tutte le informazioni critiche a bordo del velivolo non è una mossa astuta: occorre invece combinare la raccolta on-premise dei dati critici di bordo con capacità storage remota, off-premise, dove le informazioni possano essere recuperate nell’arco di pochi secondi. Non si tratta di nuove tecnologie: quelle che sono alla base di un sistema di trasporto altamente reattivo e intelligente esistono già, è solo che siamo lenti ad adottarle. Nel passato è sempre stato finanziariamente sensato per le compagnie aeree rallentare il ritmo di inserimento di nuovi dispositivi di sicurezza: i loro costi extra fornivano poco valore per le operazioni quotidiane, concretizzandosi quest’ultimo solo nel raro caso di un incidente aereo. I sistemi IoT sono differenti, perché i vantaggi dell’investimento iniziano a realizzarsi dal primo volo e continuano ad aumentare al crescere dei volumi di business intelligence raccolti. Oggi

abbiamo accesso immediato su scala globale ai dati forniti in tempo reale da numerosi sensori. Questi sensori sono già presenti nella maggior parte delle piattaforme avioniche moderne, dai cruscotti ai computer di bordo fino ai motori a turbina. I sistemi Acars sono stati progettati per limitare le trasmissioni di dati in modo da conservare la larghezza di banda, riflettendo in questo una preoccupazione del passato: oggi le reti broadband sono largamente disponibili e questa nuova capacità permette di progettare sistemi basati su una profonda consapevolezza situazionale. Come minimo dovremmo sfruttare questa nuova capacità broadband per inviare sia i dati Acars che i dati Acau e delle scatole nere verso sistemi off-board. La diffusione delle capacità broadband non è scaturita da imposizioni governative, da normative di sicurezza o per un miglior controllo delle operazioni: è stata invece promossa (e finanziata) dai passeggeri desiderosi di un superiore livello di connettività in volo. Gli stessi passeggeri accetterebbero di buon grado una riduzione della banda disponibile qualora i sistemi di bordo dovessero inviare volumi di dati maggiori in caso di guasto. La maggior parte dei sistemi IoT presenti a bordo è stata inserita originariamente per l’ottimizzazione delle rotte e dell’alimentazione dei motori; con questo nuovo paradigma esteso gli stessi sensori IoT e le relative analisi possono consolidare anche la sicurezza dei voli. L’impiego

di dati IoT per rafforzare la sicurezza aerea sta creando una business intelligence che non potrebbe essere accumulata dai piloti, dai team di terra né da sensori indipendenti. I sistemi che includono la presenza di esseri umani sono troppo lenti per capire e reagire di fronte a segnali che indicano un degrado in corso. La fusione di sensori real-time autonomi è la dorsale di questa rivoluzione IoT, e l’analisi immediata che porta a suggerimenti pratici aumenterà i livelli di qualità, sicurezza, facilità di intervento ed eccellenza operativa volo dopo volo. Questa rete intelligente globale di sistemi IoT avionici connessi arricchirà l’intero settore aerospaziale e presenta le potenzialità per salvare vite umane evitando la perdita di velivoli quando l’intelligence acquisita permetta di neutralizzare i guasti in aria.

L’IoT come opportunità per la sicurezzaLe scatole nere sono obsolete? No, ma l’attuale trasformazione consentita dall’IoT è una concreta opportunità per aumentare la sicurezza delle linee aeree senza investimenti significativi e senza dover aggiungere ingombri, pesi o consumi di energia ai velivoli esistenti. L’analisi in volo dei dati IoT in tempo reale permette di ottimizzare una vasta gamma di attributi di business sfruttando le tecnologie, gli asset e le infrastrutture che già esistono. È possibile andare oltre l’ambiente statico e isolato della scatola nera per entrare in una nuova epoca di conoscenza connessa facendo leva sui sistemi di terra per aumentare la consapevolezza situazionale di piloti ed equipaggi. Possiamo aumentare la sicurezza, le possibilità di sopravvivenza e le performance operative senza bisogno di investimenti significativi semplicemente cambiando il modo di osservare, gestire e analizzare gli ambienti avionici.

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focus48 Approvvigionamento

a vita per lo spazioNell’ambito delle applicazioni aerospaziali i prodotti e gli apparati devono garantire cicli di vita che si misurano in decenni. Rochester risolve i problemi legati all’End-of-Life proponendosi come fonte autorizzata e garantita per l’approvvigionamento di semiconduttori maturi o fuori produzione.

Oltre ai livelli di affidabilità estremi, nel campo delle applicazioni aerospaziali i prodotti e gli apparati devono garantire cicli di

vita che si misurano in decenni.La riparazione o il ricondizionamento di questi sistemi implica l’uso di parti di ricambio il cui approvvigionamento non è sempre semplice, vuoi perché il fornitore non esiste più, vuoi perché il prodotto è stato dichiarato Eol (End of life) ed è esaurito, vuoi perché le scorte rimanenti non sono state conservate secondo i criteri necessari per garantire le specifiche di partenza. Per le industrie che richiedono un ciclo di supporto così protratto nel tempo, l’esigenza di acquistare semiconduttori obsoleti o dismessi rappresenta una sfida quotidiana. Spesso, la mancanza di parti costringe ad accedere a un mercato “grigio” dove operano distributori incapaci di assicurare i requisiti di originalità, tracciabilità e qualità (e talvolta legalità) indispensabili nelle applicazioni critiche. A colmare questa lacuna ci ha pensato Rochester Electronics, società statunitense da poco entrata nella linecard di Avnet Memec. Rochester ha letteralmente trasformato i problemi legati all’End of life in una vera opportunità di business, strutturata sotto il marchio “Extension of Life”. A differenza di altri, Rochester si propone all’industria come fonte autorizzata

e garantita per l’approvvigionamento di semiconduttori maturi o fuori produzione per applicazioni a ciclo di vita esteso. La gamma di prodotti e di servizi Rochester è ampia e articolata e spazia dai prodotti standard - immagazzinati direttamente presso le strutture dell’azienda - alle soluzioni riprodotte da zero partendo da progetti e strumenti originali oppure realizzate esattamente secondo le esigenze del cliente. Nell’ambito del proprio ciclo di business, Rochester acquisisce direttamente

dalle case non solo gli stock di dispositivi giunti alla fine del loro ciclo produttivo ma anche progetti, wafer, maschere, tool e tutti i brevetti disponibili. Ciò permette di ricreare i componenti esauriti utilizzando le risorse native, garantendo una fonte di approvvigionamento affidabile e inesauribile per qualsiasi quantitativo e per tutto il tempo necessario.

Aerospaziale e difesa i settori più interessatiIl catalogo di prodotti a magazzino

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abbraccia attualmente più di 60 Original Component Manufacturer di semiconduttori: tutti marchi di spicco entrati nel portafoglio dopo avere attentamente valutato le capacità, i sistemi, i servizi e la qualità Rochester. Che si tratti di grandi marchi o di progetti di nicchia, di prodotti commerciali o di soluzioni in ambito spaziale, da aprile la piattaforma Rochester è disponibile anche in Italia attraverso Avnet Memec che è ora in grado di garantire ai propri clienti il massimo supporto per una lunga vita dei loro prodotti. Idealmente un pacchetto completo, per supportare il cliente dal momento della progettazione al completamento del ciclo di vita del prodotto. In pratica un nuovo servizio particolarmente interessante soprattutto per gli sviluppatori di soluzioni destinate ai mercati industriale, aerospaziale e della difesa. Il supporto che Avnet Memec assicura da sempre ai propri clienti, provenienti dai più diversi settori industriali, riguarda infatti soluzioni e prodotti a semiconduttore allo stato dell’arte. Grazie all’accordo con Rochester il portafoglio di Avnet Memec si amplia significativamente potendo coprire non solo l’offerta di innovative soluzioni con semiconduttori d’avanguardia ma anche la disponibilità di componenti maturi. Una garanzia per l’intera durata di vita del ciclo produttivo preziosa per tutte quelle industrie che richiedono un supporto a lungo termine sia nella fase produttiva che nelle attività di manutenzione. In qualsiasi caso, tutti i componenti Rochester proposti sono autorizzati, rintracciabili al 100% e certificati dal produttore di origine. Rochester, tra l’altro, è approvata dall’organizzazione statunitense Defense Supply Center di Columbus, come fornitore Class V secondo le norme Mil-Prf-38535, certificando la qualità di livello spaziale dei processi.

Ricreare i dispositiviLe soluzioni a marchio “Extension of Life” pienamente autorizzate da Rochester, includono più di 300.000

codici realizzati internamente da Rochester, spaziando dal componente più commerciale alla più sofisticata soluzione verticale utilizzata in ambito spaziale. Rochester è in grado di riprodurre qualsiasi componente (Asic, Mpu, analogici, bipolari, Cmos, BiCmos) secondo qualsiasi variante di package. Un elemento fondamentale della proposta Rochester riguarda i servizi di ricreazione e replica, concepiti per evitare ai clienti gli oneri legati alla ripetizione dei cicli di progettazione, certificazione e approvazione di prodotti che spesso utilizzano tecnologia ormai dimenticate. Il servizio, denominato Srp (Semiconductor replication process), sfrutta l’esperienza e le risorse interne Rochester, garantendo un supporto a lungo termine anche quando i dispositivi o i wafer originali sono esauriti. Il processo Srp include servizi di replica (nel caso in cui l’Ip originaria non fosse più disponibile), di migrazione (utile per ridurre i costi grazie all’uso ottimizzato di processi e tecnologie simili) e di ricreazione (qualora fossero ancora disponibili Ip e processi di fonderia originari). Per ridurre gli oneri Nre, Rochester tende ad aggregare la domanda di più clienti, originando dei processi economicamente virtuosi e convenienti.

Servizi a valore aggiuntoNel novero delle proposte di Rochester spiccano numerosi servizi che completano la strategia di supporto a lungo termine della società. Il servizio di Design Directory permette ad esempio di ricreare le informazioni partendo da supporti, piattaforme o formati obsoleti, traducendo il tutto in file di dati pienamente riutilizzabili.Sul fronte della produzione, il servizio di Tape and Reel consente di gestire una varietà di package in configurazione surface mount, assiale e radiale, producendo nastri di tipo Heat Seal Cover o Psa secondo le specifiche Eia-481. Sempre nell’area produzione, il laboratorio Rochester effettua dei test di saldabilità in base alle norme Mil-Std-883 2003 e Eia J-Std-002, verificando che l’immagazzinaggio non abbia compromesso le caratteristiche dei prodotti. Rochester propone anche una vasta serie di prodotti programmabili, comprendente memorie, dispositivi logici e microcontrollori. In tema di test, l’Engineering-Driven Test Protocol permette di caratterizzare i semiconduttori utilizzando le piattaforme Ate interne e i programmi di verifica originali.

a cura di Avnet Memec

Cadence

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in vetrina [ www.cadence.com ]

La nuova soluzione Tensilica Fusion Dsp di Cadence fissa un nuovo standard in termini di riduzione dei consumi per applicazioni Internet of Things,

indossabili e di connettività wireless.

Un Dsp flessibile, scalabile e dai consumi ultraridotti

Presentato in anteprima a fine aprile in occasione del CDNLive 2015, l’evento

annualmente organizzato da Cadence per i suoi utenti, che in questa decima edizione ha riunito circa 800 tra utilizzatori, sviluppatori, partner ed esperti del settore, il Dsp Tensilica Fusion si basa sulla collaudata architettura Xtensa Customizable Processor, ed è un processore scalabile ideale per le applicazioni che richiedono una soluzione che coniughi controllo e potenza di calcolo Dsp, consumo energetico ultra-ridotto e ingombro minimo. Il Dsp Tensilica Fusion può essere implementato nei chip destinati ai prodotti indossabili di monitoraggio delle attività, alla navigazione in interni, ai sensori sensibili al contesto, alla connettività wireless locale sicura, all’attivazione basata sul riconoscimento dei volti o della voce e al riconoscimento audio. L’Instruction Set Architecture presente nel Dsp può essere ulteriormente ottimizzato per svariati protocolli wireless, tra cui Bluetooth Low Energy, Thread e Zigbee Ieee 802.15.4, SmartGrid 802.15.4g, Wi-Fi 802.11n e 802.11ah, 2G e Lte categoria 0 Release 12 e 13, nonché Gnss.

Consumi ultraridotti e ingombri minimiIl Tensilica Fusion fissa un nuovo standard in termini di contenimento dei consumi: il 25% in meno di un

Tensilica HiFi Mini low-power Dsp, attuale soluzione leader, calcolato durante l’esecuzione dell’algoritmo “always-on” Sensory Truly Handsfree. Questo Dsp combina un processore di controllo potenziato basato su architettura Xtensa a 32 bit capace di prestazioni di digital signal processing evolute verso un approccio completamente programmabile basato su una accelerazione concepita specificamente per gli algoritmi. Il tutto consente di supportare sia numerosi degli standard esistenti o in via di sviluppo sia algoritmi specifici e proprietari. Molte applicazioni legate all’Internet of Things sono vincolate dal punto di vista degli ingombri e

dei consumi ma necessitano comunque di capacità avanzate di gestione dei sensori, di comunicazione wireless e di controllo. Utilizzando la Innovation Platform Xtensa, i progettisti di dispositivi IoT possono ora selezionare solo le opzioni di cui hanno realmente bisogno e implementarle in un processore Fusion ottimizzato. Gli elementi configurabili di Tensilica Fusion Dsp includono: unità in virgola mobile strettamente integrata; 1-4 Mac con supporto ad operazioni con numeri reali e complessi; crittografia Aes-128; architettura di memoria flessibile; accelerazione per algoritmi Mac e Phy, compatibilità audio/voce con l’architettura Tensilica HiFi.

Una soluzione completaIl Tensilica Fusion Dsp unisce soluzioni hardware flessibili e una libreria di funzioni Dsp con più di 150 applicazioni audio/voce/fusion realizzate da oltre 70 partner. La soluzione condivide anche tutto l’ecosistema di partner Tensilica impegnati nello sviluppo di altre applicazioni software, di emulatori e apparati di test, di silicio e servizi di progettazione, e molto altro ancora. Con oltre 2 miliardi di core integrati ogni anno in prodotti che vanno da sensori ai supercomputer, Tensilica Xtensa è la seconda architettura di elaborazione licenziabile più diffusa al mondo.



di Stefano Bisio

touchscreenin copertinain copertina

Tecnologia Sito per i touchscreen del futuro

PCAP Solutions by

www.data-modul.com

SITOTouch

Technology

Grazie all’elevata integrazione consentita dalla nuova tecnologia Sito è possibile realizzare touchscreencompatti, sottili e con migliori prestazioni.

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giugno 2015

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touchscreen

Presentata in anteprima all’ultima edizione di Electronica a Monaco di Baviera in Germania, la nuova generazione di sensori EasyTouch

Sito di Data Modul rappresenta un’innovazione importante nel mondo dei touchscreen. Sito (Single sided Ito) è una tecnologia a proiezione capacitiva Pcap realizzata da un lay-out di elettrodi X e Y (Ito) sullo stesso lato del substrato di vetro mediante ponti come isolanti nei punti di attraversamento di entrambi gli elettrodi. Il valore di capacità è continuamente rilevato dai ricevitori del sensore Pcap. Quando un dito tocca la superi cie del cover glass avviene un cambiamento del livello di caapcitanza: per ogni intersezione delle coordinate X e Y la variazione di capacità viene misurata ,interpretata e convertita in coordinate XY che corrispondono alla posizone reale del tocco. I sensori EasyTouch Sito vengono prodotti su una linea di produzione di ltri Tft / colore su un singolo substrato di vetro insieme a un vetro di copertura cover

glass che viene assemblato in-house tramite processo di bonding Loca (Liquid Oca) fornito da Data Modul. Inoltre, questa tecnologia sviluppata nella produzione garantisce un bezel ultra-sottile grazie alla struttura molto ne. I sensori EasyTouch Sito si abbinano al controller maXTouch T Series di Atmel. I sensori Easytouch Sito offrono diversi vantaggi rispetto ai sensori con stack standard tipo G/F/F e G/G: il range di temperatura da -30°C a + 85 °C, il rapporto segnale-rumore molto elevato, e la possibilità di indossare dei guanti e di utilizzare il touchscreen in condizioni di elevata umidità, addirittura con gocce d’acqua. Gli schermi in tecnologia EasyTouch Sito sono già disponibili in dimensioni di 7, 10,1, 12,1, 15,6 e 21,5”. EasyTouch è la soluzione di visualizzazione a schermo tattile capacitivo a proiezione di Data Modul basata sulla tecnologia maXTouch di Atmel. Per ottenere prestazioni tattili ottimali è necessario seguire accorgimenti che non sempre

possono essere applicati a causa delle limitazioni meccaniche o di costo. Le avanzate funzioni di soppressione del rumore e gli algoritmi di elaborazione del segnale degli IC maXTouch permettono di ottimizzare le prestazioni del touchscreen, ma una buona integrazione meccanica ed elettrica del sistema nell’unità nale rappresenta un fattore chiave per il successo del prodotto. Le soluzioni touch a proiezione capacitiva come EasyTouch offrono il vantaggio di lavorare attraverso un materiale di protezione posto di fronte al sensore sensibile al tocco reale. L’eventuale scelta sbagliata del materiale di copertura cover glass e del suo spessore comporterà una degradazione della sensibilità e delle prestazioni multitouch.

Le pellicole in PetLa scelta di una pellicola di protezione in Pet come copertura di un touchscreen si traduce in una drastica diminuzione della sensibilità. Mentre nel caso di dispositivi di piccole dimensioni la pellicola di protezione Pet combacerà con la super cie del touchscreen, in presenza di formati più grandi i lm in Pet presentano una essione del materiale che rende critivo l’assemblaggio al sensore Pcap a causa dell’introduzione di aria tra le due superi ci. Inoltre, toccando il dispositivo, la pellicola di protezione in Pet si deformerà maggiormente. Poiché l’IC di controllo deve essere calibrato in base alle condizioni del campo elettromagnetico di fronte al sensore di contatto, un cambiamento di spessore del gap d’aria durante il funzionamento si tradurrà in un rilevamento instabile o in un falso riconoscimento. L’unico modo per superare questo problema è una laminazione diretta della pellicola di copertura in Pet sul touchscreen, operazione che elimina qualsiasi gap d’aria. In generale, il gap d’aria tra sensore e cover glass dovrebbe sempre essere evitato, in quanto provoca diversi tipi di anomalia, dalla riduzione della prestazione tattile complessiva all’impossibilità di con gurare il controller per un riconoscimento stabile e senza falsi tocchi. Dal 2013 Data Modul ha implementato un processo

Fig. 1 - Schermo EasyTouch con un lm di copertura in Pet

Fig. 2 - Schermo EasyTouch realizzato utilizzando come nestra di copertura un materiale plastico otticamente incollato


in copertina54 d’incollaggio ottico completamente

automatizzato basato su adesivi trasparenti liquidi o Oca (Optically clear adhesive) che permettono di installare dei rivestimenti di copertura realizzati con materiali quali Pmma, policarbonato o normale vetro rinforzato. Gli esperti di Data Modul offrono anche un supporto completo per individuare il materiale di rivestimento ideale per ogni applicazione.

La protezione di plasticaI materiali di protezione non vetrosi sono molto noti per le doti di robustezza e resistenza meccanica. Anche i materiali più spessi offrono una buona trasparenza e possono essere stampati sul lato posteriore. Tra i più diffusi il policarbonato, il vetro plexi o Pmma e il vetro acrilico. Come detto, la laminazione diretta del touchscreen con tali materiali di copertura è necessaria per una prestazione tattile stabile. Lo strato adesivo elimina il traferro e collega il materiale di protezione o di copertura direttamente al sensore tattile. La scelta della tecnologia e dei materiali di laminazione per lo strato adesivo svolge un ruolo importante quando si tratta di durata a lungo termine. La tecnologia e il processo più affidabili sono l’incollaggio ottico basato su Oca liquido con indurimento Uv. Questa tecnologia offre le migliori prestazioni ottiche e un elevato tasso di rendimento di produzione, soprattutto in schermi di grandi dimensioni. Test di temperatura, umidità e invecchiamento accelerato, hanno dimostrato che altre tecnologie di laminazione presentano criticità in termini di bolle d’aria e contaminazioni, in condizioni ambientali difficili come umidità e calore. Anche se subito dopo la laminazione le bolle d’aria non sono visibili, i test hanno dimostrato che dopo alcuni mesi queste potrebbero apparire nello strato adesivo tra il touchscreen e il materiale di copertura. La protezione di vetroIn generale, il vetro dovrebbe essere la prima scelta quando si tratta di definire il materiale per la copertura di un prodotto basato su EasyTouch. Uno dei principali vantaggi del vetro è la sua elevata costante dielettrica relativa o

permettività elettrica. Questa costante fisica caratterizza la capacità di un materiale di immagazzinare l’energia elettrica in un campo elettrico. Più alta è questa costante meglio EasyTouch opererà, anche attraverso uno strato spesso di materiale protettivo. Rispetto ad altri materiali, la costante dielettrica relativa del vetro è circa il doppio rispetto a quella del policarbonato (Tab. 1). Alcuni materiali speciali, come il vetro Schott Xensation o il Corning Gorilla, offrono una permettività elettrica relativa superiore a quella dei comuni vetri flottanti o dei vetri rinforzati chimicamente, e rappresentano quindi i materiali migliori da utilizzare nelle applicazioni EasyTouch. Inoltre questi vetri vantano proprietà eccellenti quando si tratta di resistenza a graffi, urti e flessione. I dati in Tab. 1 aiutano a capire perché un eccessivo gap d’aria comporta prestazioni tattili degradate; ciò è dovuto alla permettività relativa dell’aria (1,006), un materiale molto scarso quando si tratta di immagazzinare energia in un campo elettrico. Per questo, quando si utilizza il vetro come materiale di copertura, per ottenere le migliori prestazioni è consigliabile incollare otticamente il vetro di copertura direttamente sul touchscreen ricorrendo a Oca liquido e polimerizzazione UV. Tuttavia, come illustrato in Fig. 2, tra il touchscreen e il modulo Tft è sempre presente un gap d’aria. Questo è utilizzato per ridurre l’influenza del rumore prodotto dal modulo Tft all’ingresso del touchscreen, rumore che si tradurrebbe in gost touch, ovvero falsi tocchi. In questo caso il traferro agisce come isolatore per qualsiasi tipo di emissione irradiata proveniente dal modulo Tft. Si

raccomanda prevedere un gap d’aria da 0,8 a 1,1 mm, un buon compromesso tra distorsione di parallasse e riduzione del rumore.

Spessore del materiale di rivestimentoPoiché i materiali hanno diversi valori di permettività relativa, lo spessore massimo della lente di copertura dipende dal tipo di soluzione utilizzata. Come standard per uso industriale, 3 mm di vetro rinforzato rappresentano un buon compromesso tra durezza, resistenza ai graffi, protezione e prestazioni multitouch. Per qualsiasi tipo di policarbonato o Pmma lo spessore deve essere ridotto in quanto la permettività relativa di tali materiali è pari a circa la metà rispetto al vetro. Uno spessore da 1,1 a 1,6 mm fornisce circa le stesse prestazioni tattili di un vetro da 3 mm. Soprattutto per quanto concerne i materiali polimerici, la permettività relativa dipende dalla composizione del polimero, quindi lo spessore massimo reale di un materiale non vetroso deve essere definito da una serie di test. Naturalmente è possibile ricorrere a materiali di copertura più spessi, ma sempre a fronte di un degrado delle prestazioni tattili. Aggiungere spessore al materiale di rivestimento riduce sempre il rapporto segnale-rumore dei dati che il touch controller utilizza per rilevare un evento tattile. Avere una lente di copertura spessa e utilizzare il dispositivo in un’area elettricamente rumorosa possono provocare l’innesco di falsi tocchi. Quindi, la scelta della lente è sempre condizionata dal compromesso tra necessità di protezione e massima riduzione possibile dello spessore.

I valori di permettività relativa dei diversi materiali

Costante dielettrica relativa εrMateriale

Vetro ~ 0,6

Policarbonato ~ 3,0

Pmma 2,8-3,7

Vetro Corning Gorilla 7,18 - 7,521

Vetro Schott Xensation 7,3 - 7,72

Aria 1,006


Non solo “time-to-market”Il silicio da solo non è più sufficiente a garantire il time-to-market. Renesas propone kit e soluzioni che facilitano e velocizzanola realizzazione dei progetti nell’ambito del controllo motore, delle interfacce uomo-macchina, delle comunicazioni powerline.

di Steve Norman

microcontrolloritecnologietecnologie

Siete attratti dalle parole “fast time to market” quando le vedete riferite allo starter kit di un microcontrollore? Oppure queste

parole sono ormai praticamente prive di significato. Forse si dovrebbe dire “esso vi aiuterà a consegnare il vostro progetto in tempo in modo efficiente, efficacemente e con successo”, anche se tutto ciò non risulta molto pratico. Nella realtà attuale, cercare una soluzione a microcontrollore significa ora qualcosa di più complicato a cui pensare rispetto alla verifica di disponibilità di software di qualità, di riferimento hardware,

di certificazione di sicurezza; sono richiesti anche una buona interfaccia grafica utente e la presenza di sviluppi e di supporto da parte di esperti di partner terze parti. Sopra a tutto, però, vi è la vostra applicazione a cui pensare. Quindi la domanda principale sembra essere: questo tool di sviluppo è adatto a rendere il vostro progetto più facile e la vostra azienda di successo? Il lavoro del fornitore di microcontrollori oggi è quello di rendere il designer di successo in quanto ciò rende il fornitore stesso di successo. Questo è il motivo per cui una nuova generazione di soluzioni a

microcontrollori sta comparendo sul mercato, fornendovi il necessario per essere efficienti, efficaci, puntuali e di successo, il tutto pronto all’uso.

Un’applicazione di controllo motoreConsideriamo un caso di studio. Una società vuole sviluppare un sistema di ventilazione per la gestione di flusso d’aria, eliminando le vibrazioni con il funzionamento a bassa velocità. Il sistema dovrà funzionare da 200 a 4000 Rpm a 800 W, 400 V, con coppia a 1Nm utilizzando un motore brushless Ac azionato da un inverter trifase sensorless. Le aziende in gara devono fornire un prototipo funzionante in quattro settimane.Tre sono le società in gara. La società “A” assegna a questo compito un team di tre ingegneri, la società “B” e la società “C” assegnano un singolo ingegnere per produrre il prototipo. Quattro settimane dopo il cliente ha assegna la successiva fase dello sviluppo alla società “C”. Perché è successo questo? La società “A” ha prodotto un prototipo funzionante nei tempi richiesti ma è risultata essere fuori budget. La società “B” era in ritardo e non è stata considerata, mentre la società “C” ha presentato un prodotto funzionante in tempo e nel budget richiesto. Tutti e tre le società Fig. 1 - Lo Starter Kit Control Board e Graphic User IF

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hanno eseguito le stesse operazioni di sviluppo e regolazione del motore per produrre un sistema funzionante; estrarre i parametri del motore, preparare il software trifase per pilotare il motore; sintonizzare i filtri closed loop per la velocità e la coppia relative alla specifica applicazione e sviluppare il sistema hardware a Mcu per la dimostrazione. Proviamo a esaminare I risultati. Entrambe le società “A” e “B” hanno un approccio convenzionale per preparare la dimostrazione. Adattando un hardware esistente a sostegno delle richieste del progetto; adattando un software sensorless trifase esistente; estraendo i parametri del motore con un misuratore Rlc; mettendo a punto il filtro Pi corrente utilizzando il software e un oscilloscopio esterno in modo da far girare il motore e successivamente molte ore-uomo per ottimizzare il software e filtri Pi al fine di ottenere le risposte di velocità e di coppia richieste. Quindi la domanda è: che cosa ha fatto la società “C” in modo diverso?

Un approccio differenteLa società “C” ha avuto un approccio differente in quanto aveva poche soluzioni esistenti disponibili, quindi è andata alla ricerca di un kit

completo per soddisfare i tempi di sviluppo e il budget. Hanno scelto un kit di controllo motore Renesas che è arrivato completo di un software di riferimento trifase sensorless sviluppato professionalmente e royalty-free, di una piattaforma di riferimento hardware comprendente schemi elettrici completi, distinte materiali, file Gerber per il layout e la possibilità di connessione di una unità inverter ad alta tensione esterna pienamente compatibile. Tutto il software è completamente certificato Vde e viene fornito completo di ambiente di sviluppo e interfaccia grafica. Molto più di quanto ci si possa aspettare di trovare in un kit a basso costo per controllo motore. Questo si può considerare un buon inizio in quanto per la demo non è richiesta progettazione hardware, solo una semplice configurazione della scheda di controllo Mcu per l’inverter esterno. Il sistema software sensorless è pronto, deve solo essere adattato per lavorare con il motore (in pratica si devono ricavare i parametri ed eseguire la messa a punto). Nonostante il progettista abbia familiarità con il controllo motore, ha una limitata esperienza in messa a punto dei motori. Mentre le altre due società hanno scelto di fare questa parte manualmente, uno dei motivi principali per cui il kit Renesas è stato scelto è che il software include alcune funzioni avanzate di regolazione del motore quali l’identificazione automatica dei parametri per la maggior parte dei motori brushless a magneti permanenti trifase e una parte di

software di autocalibrazione dei coefficienti di progetto per filtri Pi (correnti), integrato nel codice sorgente del microcontrollore e progettato per funzionare sotto il controllo della Gui Pc senza la necessità di alcun hardware aggiuntivo. Nell’interfaccia grafica è incluso anche un oscilloscopio digitale, eliminando la necessità di apparecchiature esterne. Una volta che il progettista ha installato tutto il software e l’interfaccia grafica necessaria, il kit è stato testato con il motore fornito nel kit e a questo punto tutto era pronto per iniziare lo sviluppo utilizzando il motore del cliente. Si è deciso che, poiché il motore avrebbe dovuto essere pilotato verso il basso fino a 200 Rpm, per la demo si sarebbe utilizzato un sistema a 3 shunt al fine di limitare gli effetti dei bassi livelli di segnale e di fornire un funzionamento più stabile a bassa velocità. Nessun cambiamento è stato necessario per l’inverter. Dopo il collegamento e la configurazione della scheda di controllo per l’inverter esterno tramite la documentazione fornita, si è collegato il motore e attivata la Gui sul Pc. Una volta che la Gui è collegata con il software della control board le funzioni di calibrazione dei parametri “Current Pi tuning” e di “Motor Identification” mostrata in Fig. 2 sono a disposizione per avviare il processo di configurazione del software per azionare il motore con il “tab” per attivare l’oscilloscopio digitale. Alcuni parametri devono essere modificati e inseriti nella finestra “Parameter settings” (Fig. 3)

Fig. 2 - Le funzioni di calibrazione

Fig. 3 - L’impostazione dei parametri sull’interfaccia grafica

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microcontrollori


prima di iniziare il processo di autocalibrazione. Una volta completata un click su “Current PI tuning” calcola automaticamente i coefficienti proporzionale ed integrale per il filtro di controllo Pi prendendo solo pochi secondi. I risultati sono memorizzati nel software. A questo punto la risposta dinamica basata su questi coefficienti può essere controllata manualmente con l’oscilloscopio, regolando i parametri se necessario. A questo punto devono essere misurati la resistenza di statore del motore, l’induttanza di statore e sincrona e il flusso del magnete permanente. Anche in questo caso un semplice click del tasto “Motor Identification” è tutto ciò che è richiesto. Una volta completata questa fase il sistema è pronto per avviare il motore. Eseguire la rotazione del motore permette di completare la regolazione del sistema con il sistema stesso testato con il motore in condizioni di carico. Questo richiede di solito un po’ di tempo e dipende dall’esperienza del progettista. La Gui consente ancora il pieno controllo, il monitoraggio e la regolazione dei parametri di sistema e del motore durante il funzionamento, utilizzando la funzione oscilloscopio per analizzare le forme d’onda. Per ricapitolare, utilizzando la Gui e il software di misura integrato è possibile controllare un motore sensorless a controllo vettoriale in pochi minuti. Mentre lo sviluppo completo richiede un po’ di più, questa procedura ha

permesso al progettista un ampio margine per ottenere una demo funzionante verso il cliente nei tempi stabiliti, secondo le specifiche e nel rispetto del budget, al fine di vincere il business per la propria azienda. Questo studio si basa sull’uso dei kit “Rotate-it”, soluzioni di controllo motore disponibili per le famiglie di microcontrollori a 32 bit RX100, RX200 e RX600, che fanno parte delle soluzioni di nuova generazione proposte da Renesas. Queste abbracciano una filosofia che va oltre il time to market, fornendo piattaforme di riferimento professionali software e hardware combinate con caratteristiche uniche per fornire ai progettisti gli strumenti per lavorare in modo efficace, efficiente e con successo in una varietà di settori di mercato, con un costo d’ingresso bassa.

Soluzioni per applicazioni HmiRenesas mette a disposizione dei propri clienti una vasta scelta di Solution Kit specifici per diverse applicazioni. Un ulteriore esempio è quello del kit dedicato allo sviluppo di soluzioni di interfaccia uomo-macchina per la famiglia di Mcu RZ/A. Tale famiglia si caratterizza per un potente core Arm Cortex-A9 a 400 MHz e, in combinazione con le funzioni di Fpu e crittografia, include un set di periferiche ricco che comprende le interfacce di comunicazione per Ethernet, Can, Iebus e Usb, con grafica avanzata come Image Rendering, codec Jpeg, Ntsc/Pal processing Yuv/Rgb, IP di elaborazione audio per Scux, decodifica Cdrom e generazione del suono, più 10 MB di Sram integrata per migliorare le prestazioni di sistema e di elaborazione audio e video. In combinazione con un ampio ecosistema software, questa famiglia è ideale per la prossima generazione di applicazioni di interfaccia uomo-macchina. Con ampia scelta all’interno dell’ecosistema software, la selezione di quale utilizzare diventa complicata, ma non è così che la prossima generazione di sviluppi Hmi dovrebbe

funzionare. Un unico Solution Kit (Fig. 4) che supporta soluzioni univoche come IS2T Jvm, TES Giuliani, Segger emWin, Altia Design ed Express Logic Guix, permette ora di supportare tali applicazioni, in modo che il progettista possa scegliere il software preferito e iniziare a progettare rapidamente risparmiando tempo e costi.

Soluzioni per comunicazioni powerlineGli sviluppatori di tecnologia di comunicazione complessa, quali i sistemi powerline a banda stretta Ofdm, devono affrontare un diverso insieme di problemi, non ultimo l’obbligo di supportare molti standard powerline. Ad esempio, supportando più contatori intelligenti basati su differenti protocolli in diversi paesi che utilizzano bande di frequenza e specifiche differenti. Un unico progetto che supporta standard multipli sarebbe chiedere troppo, non è vero? Forse no, dato che ora è disponibile una soluzione modem Plc flessibile basata su un modem a banda stretta altamente integrato con il controllore Mac, un processore di segnale digitale ad alte prestazioni per l’implementazione del layer fisico, un front end analogico integrato con amplificatore adaptive a guadagno controllato e un motore di sicurezza hardware Aes128 incorporato. L’hardware è abbinato con un software certificato per standard come Prime e G3 e offre una soluzione leader in grado di soddisfare le attuali esigenze del mercato del powerline. Il software certificato può essere un fattore chiave in un design di successo, risparmiando il tempo di progettazione e costi. La certificazione di prodotti finali può rappresentare una percentuale enorme in termini di tempo e di costi. Se il software fornito è già certificato secondo lo standard appropriato significa che il progettista può dedicarsi allo sviluppo del codice dell’applicazione.

Steve NormanCore Marketing Manager

Renesas Electronicswww.renesas.com

Fig. 4 - La board RZ/A per lo sviluppo di applicazioni Hmi

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tecnologie microcontrollori


Il silicio come valida alternativa al GaAs L’evoluzione tecnologica, combinata con una mutazione delle priorità di progetto, consentono ai dispositivi in silicio di presentarsi oggi come una valida alternativa a quelli in GaAs, anche in applicazioni a radiofrequenza e a microonde ad alte prestazioni.

di Chris Stephenstecnologie

La rapida evoluzione delle tecnologie microelettroniche può mettere in discussione alcuni degli approcci alla progettazione

ormai consolidati. Fino a poco tempo, i progettisti impegnati nello sviluppo di circuiti a radiofrequenza e microonde per applicazioni come le stazioni

base per la telefonia mobile 4G, i ripetitori a larga banda o si sistemi distribuiti di antenne, avrebbero scelto automaticamente transistori in GaAs per ottenere le migliori prestazioni di rumore e linearità. I dispositivi in silicio sarebbero stati presi in considerazione molto

raramente. Oggi, invece, il silicio può rappresentare una soluzione migliore, sia perché offrono alcuni vantaggi per affrontare problematiche che stanno diventando sempre più importanti, come dimensioni, costo, affidabilità e tempo di assestamento, sia perché l’evoluzione tecnologica permette di migliorare alcuni parametri critici come il rumore, la distorsione e la risposta in transitorio.

Pregi e difetti del GaAsLa tecnologia dell’arseniuro di gallio è stata un elemento chiave della rivoluzione wireless, offrendo prestazioni di basso rumore ed elevata linearità, superiori alle capacità dell’epoca dei dispositivi in silicio. Dato che il rumore e la linearità rappresentano i fattori principali che determinano la distorsione totale introdotta nel sistema in alcuni blocchi funzionali fondamentali, come gli amplificatori a guadagno variabile, gli attenuatori a passi digitali, i commutatori, i mixer e i modulatori, i dispositivi in GaAs sono stati spesso la scelta obbligata nei casi in cui erano richieste le prestazioni migliori in termini di

Fig. 1 - Diagramma a blocchi di una stazione radio che mostra gli stadi in cui il silicio può sostituire il GaAs (in blu) per ottenere migliori affidabilità, integrazione e risparmio in apparati Rf ad alte prestazioni

circuiti integrati

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tecnologie60

qualità del segnale. Essendo una tecnologia più specializzata rispetto a quelle basate sul silicio, l’applicazione dell’GaAs è limitata ad applicazioni puramente analogiche. L’aggiunta di circuiti digitali comporta normalmente la progettazione di un modulo ospitante molteplici chip su di un substrato laminato comune. Questa soluzione è costosa e provoca una maggiore sensibilità all’umidità, richiedendo così attenzioni speciali per l’immagazzinamento e la manipolazione. Tipicamente, i moduli basati su GaAs sono caratterizzati da una sensibilità di livello Msl3 e quindi devono essere impiegati entro una settimana dalla sigillatura per garantire che l’assorbimento di umidità non danneggi il dispositivo, portando così a un guasto precoce. Invece, i circuiti integrati di silicio sono tipicamente incapsulati in un package monolitico Qfn e quindi sono caratterizzati da una migliore resistenza all’umidità di livello Msl1 e possono essere distribuiti nelle normali bobine e non richiedono particolari precauzioni. I componenti in silicio in package Qfn offrono anche una resistenza termica inferiore rispetto ai moduli laminati basati su componenti in GaAs, migliorando così l’affidabilità ed aiutando a semplificare la gestione termica e rilassando le specifiche dei dissipatori.Inoltre, i dispositivi in GaAs presentano una minore resistenza alle scariche elettrostatiche con una soglia di solo 500 V, rispetto ai 2 kV tipici dei componenti in

silicio. Di conseguenza, i dispositivi in GaAs possono essere facilmente danneggiati da scariche di bassa intensità che possono verificarsi in fase di assemblaggio. Un equivalente dispositivo in silicio richiederebbe precauzioni anti-statiche molto meno stringenti. I commutatori realizzati in tecnologia Silicon-On-Insulator offrono una migliore figura di merito data dal prodotto della resistenza di canale per la capacità parassita in fase di off (Ron x Coff) e quindi introducono una perdita inferiore ed un maggiore isolamento. Infine, i circuiti che contengono dispositivi in GaAs tendono a richiedere più componenti esterni passivi, come induttori e resistori, che occupano spazio aggiuntivo e incrementano la complessità della soluzione.

Ritardo di gate nei commutatori in GaAs I sistemi di comunicazione per le infrastrutture cellulari ad alta velocità di generazione 3G e 4G, al pari di altri sistemi industriali, richiedono che i transistori a radiofrequenza si assestino velocemente dopo la commutazione in modo da soddisfare le specifiche di temporizzazione più critiche e mantenere l’integrità del segnale. Il ritardo di gate che si manifesta all’accensione del transistore può essere considerato come la differenza nella resistenza di canale tra il momento in cui si completa il fronte di salita da 10 al 90% ed il momento in cui il commutatore può essere considerato a regime

(tipicamente tra il 97,5% ed il 100% del transitorio di accensione). In altri termini, il ritardo di gate può essere visto come il ritardo nella commutazione della potenza all’uscita Rf tra quando l’ampiezza è 90% e quando si è stabilizzata al 100%. I dispositivi in GaAs mostrano un ritardo di gate significativo, in particolare quando funzionano a bassa temperatura, limitando così le prestazioni del sistema. Un sistema di comunicazione ad alta velocità deve attendere il tempo di assestamento prima di iniziare la trasmissione. Un tempo di assestamento lungo può limitare la velocità e l’agilità del sistema e può allungare la durata del test in uno scenario di produzione.

Il silicio colma il distacco prestazionaleNonostante i noti svantaggi del GaAs, le sue prestazioni superiori di rumore e linearità, in particolare in termini di punto di intercetta del terzo ordine, hanno finora prevalso sui limiti. Oggi, tuttavia, grazie alle nuove tecnologie che consentono di superare le limitazioni tradizionali, i dispositivi in silicio rappresentano un’alternativa più interessante per realizzare soluzioni più economiche ed affidabili. La nuova generazione di commutatori Rf in tecnologia Soi, come il modello F2912 di Idt, può lavorare in modo affidabile a temperature elevate, tipiche della zona prossima all’amplificatore di potenza. Questi

Fig. 2 - Prestazioni di un commutatore ad alta affidabilità in Soi come l’F2912

Fig. 3 - Effetto della tecnologia FlatNoise sulla figura di rumore del Vga F1240

Fig. 4 - L’F0480 è un nuovo Vga Rf a larga banda con tecnologia Zero-Distortion

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circuiti integrati

nuovi commutatori in silicio offrono prestazioni eccellenti (0,4 dB di perdita di inserzione, IP3 pari a +65 dBm ed un isolamento di 60 dB) fino a temperature di +120°C. La nuova generazione di amplificatori a guadagno variabile in silicio per frequenza intermedia, come il modello F1240, rappresenta una svolta importante nel migliorando del rapporto segnale/rumore grazie alla tecnologia FlatNoise. Questa garantisce assicura un basso

livello di rumore anche per bassi guadagni (Fig. 3), a differenza del passato in cui si era costretti ad accettare un peggioramento di 1 dB del rumore per ogni dB di riduzione del guadagno. Di conseguenza, il rapporto segnale/rumore complessivo può essere migliorato fino a 2 dB mantenendo un’ottima linearità. La linearità rappresenta un altro parametro fondamentale che è stato recentemente migliorato in maniera significativa nei dispositivi in silicio. Ad esempio, il componente in silicio F0480 di Idt, Vga Rf basato sulla nuova tecnologia Zero-Distortion, è in grado di raggiungere 40 dBm di OIP3 con una banda di 2000 MHz e 23 dB di dinamica con solo 100 mA di corrente di quiescenza. In generale, i miglioramenti di banda passante e linearità del Vga offrono ai progettisti maggiore flessibilità per realizzare il ricevitore. Idt ha superato un importante punto debole degli attenuatori a passi digitali grazie

allo sviluppo della tecnologia Glitch-Free. Tale tecnologia riduce la ben nota sovraoscillazione che si verifica nel transitorio di commutazione del bit più significativo, da 10 a 0,5 dB. In applicazioni di precisione come nei trasmettitori, questa tecnologia garantisce che il guadagno possa commutare dolcemente tra valori adiacenti. Storicamente l’intenso glitch dei 10 dB poteva danneggiare l’amplificatore di potenza a valle. Inoltre, gli attenuatori tradizionali richiedono un elevato tempo di assestamento, limitando le prestazioni bidirezionali come nei sistemi Tdd (Time-domain duplex). Eliminando le sovraoscillazioni, la transizione priva di glitch incrementa significativamente l’affidabilità del sistema e consente la realizzazione di sistemi Tdd più agili.

Chris StephensSenior Director Rf Division

Idtwww.idt.com

Fig. 5 - L’F1950D è un Dsa in tecnologia Soi privo di glitch

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Alimentare l’infotainmentUn circuito integrato di alimentazione multiuscita flessibile e configurabile sopprime il rumore e tollera le escursioni di tensione in sistemi di infotainment per i veicoli.

di N. Hanagami, S.Knoth e M. Merchant

automotivetecnologietecnologie

I cruscotti delle auto moderne sono spesso affollati di numerose sorgenti di rumore e di sorgenti sensibili alla

temperatura, come radio, dispositivi Bluetooth, Gps e connessioni di rete basate su telefono cellulare. È quindi cruciale che tutti i circuiti di questo ambiente, compresi gli alimentatori, non generino livelli eccessivi di calore o interferenza elettromagnetica. Inoltre, variazioni brusche della tensione della batteria possono pure disturbare significativamente un sistema. Ma nonostante questi problemi, i sistemi di infotainment per le auto si diffondono esponenzialmente. I progressi della tecnologia - radio satellitare, touchscreen, sistemi di navigazione, dispositivi Bluetooth, Hdtv, telefoni cellulari integrati, lettori multimediali e sistemi per videogiochi - hanno arricchito l’esperienza di guida. Nella maggior parte degli oltre 50 milioni di auto prodotte annualmente in tutto il mondo è integrato un sistema di infotainment di qualche tipo. Per quanto riguarda gli alimentatori, una console base di infotainment potrebbe richiedere numerose linee di alimentazione a bassa tensione con numerosi ampere di corrente

totale, e una console di fascia alta potrebbe richiederne ancora di più. Tradizionalmente, queste linee di

tensione e livelli di corrente sono stati forniti da una moltitudine di circuiti integrati per regolatori di

Fig. 1 - Diagramma a blocchi semplificato dell’LTC3375 a tre uscite

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potenza discreti o di complessi circuiti di gestione della potenza realizzati con altissimo livello di integrazione. Tuttavia, questi ultimi spesso hanno più linee o funzioni ausiliarie di quelle necessarie oltre a un notevole ingombro e in genere sono sottoalimentati per alcune delle linee. Esiste quindi la necessità di un circuito integrato multiuscita che offra una soluzione dall’ingombro ridotto con un numero configurabile di linee alimentate a potenza moderata.

Progettare un sistema di alimentazione per infotainmentLa progettazione di sistemi elettronici per applicazioni automotive è complessa per la necessità di rispondere a molti requisiti: notevole limitazione dello spazio, ampio intervallo delle temperature di funzionamento, riduzione al minimo del rumore, tolleranza ai transitori della batteria e alti livelli di qualità. Poiché i livelli di integrazione devono essere alti per ridurre l’ingombro, ne consegue la necessità di componenti con efficiente consumo di potenza. In molti casi, vi sono rigorosi requisiti sia sulla compatibilità elettromagnetica relativa alle emissioni irradiate e condotte, alla suscettività o all’immunità per radiazione e conduzione, sia sulla scarica elettrostatica. La necessità di rispondere a tutti questi requisiti influisce su molti aspetti prestazionali del progetto di un potenziale circuito integrato multicanale. Alcuni di questi requisiti sono semplici, come la necessità che i regolatori a commutazione Cc-Cc funzionino a una frequenza costante fuori della banda radio Am, mentre altri sono più difficili da soddisfare, come la regolazione dello slew rate dei Fet di potenza interni per ridurre al minimo le emissioni irradiate causate dalle transizioni al nodo di commutazione del convertitore Cc-Cc. Le modifiche delle

specifiche del prodotto - come le tensioni di ingresso e uscita, e le correnti di uscita - apportate gradualmente nel corso del ciclo di sviluppo possono sconvolgere la selezione dei circuiti integrati e dei relativi componenti discreti. Nello scenario più ottimistico, in cui una specifica del sistema viene modificata dopo l’impostazione

del layout della scheda, forse è possibile modificare leggermente una tensione scambiando alcuni resistori di un convertitore di uscita regolabile, mentre nel caso peggiore, potrebbe essere necessario sostituire un certo numero di circuiti integrati con altri la cui piedinatura non è compatibile poiché il nuovo

Fig. 2 - Regolatore buck in commutazione a 2 MHz con tempi di salita e discesa alla massima velocità

Fig. 3 - Regolatore buck in commutazione a 2 MHz con tempi di salita e discesa a velocità ridotta

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automotive


tecnologie


64 livello di corrente di uscita specificato supera quello nominale di commutazione dei circuiti integrati preesistenti. Ne risulta un’ondata di aumenti dei costi e di ritardi causati dalla necessità di riprogettare la scheda e rieseguirne il layout. È necessario un circuito integrato di gestione della potenza che sia configurabile, dalle prestazioni elevate e altamente specializzato per gestire correttamente il modulo di alimentazione e far sì che tutti i vantaggi prestazionali del sistema possano essere realizzati, oltre a consentire la flessibilità occorrente per far fronte alle inevitabili modifiche del modulo di alimentazione. Finora, non era disponibile un singolo circuito integrato in grado di rispondere a tutti questi requisiti.

Una soluzione sempliceMolti dei Pmic multiuscita finora realizzati non offrono la flessibilità necessaria per gestire questi sistemi moderni. Qualsiasi soluzione che soddisfi i vincoli di progettazione di un circuito integrato di gestione della potenza di sistemi automotive delineati sopra deve combinare un elevato livello di integrazione, compresi regolatori a commutazione buck a corrente moderata che offrano bassa tensione, un ampio intervallo delle temperature di funzionamento e un alto livello di flessibilità. Occorre un convertitore Cc/Cc configurabile, multicanale in grado di far fronte a tutti questi problemi: un solo dispositivo che possa assicurare livelli elevati di integrazione e configurabilità, al tempo stesso soddisfacendo le necessità di numerose applicazioni.

Un regolatore buck ottale flessibile L’LTC3375 di Linear Technology costituisce una soluzione universale ad alto livello di

integrazione per la gestione dell’alimentazione di sistemi che richiedono più linee a bassa tensione. Il dispositivo presenta otto canali 1A indipendenti con controllo I2C nonché flessibili funzioni di sequenziazione e di monitoraggio dei guasti in un compatto package Qfn. L’LTC3375 contiene otto regolatori in discesa sincroni ad alta efficienza, compensati internamente, oltre a un controllore lineare sempre nello stato On ad alta tensione. Ciascun regolatore buck è dotato di alimentatore indipendente da 2,25 a 5,5 V e intervallo della tensione di uscita da 0,425 V a Vin. La funzione di controllo On/Off/Reset a pulsante, il circuito power-on-reset e il timer watchdog assicurano monitoraggio del sistema e sequenziazione all’accensione flessibili e affidabili. L’LTC3375 è dotato di un oscillatore da 1 a 3 MHz sincronizzabile e

programmabile, con frequenza di commutazione predefinita pari a 2 MHz. La corrente a riposo è di soli 11 µA con tutti i regolatori Cc/Cc disinseriti, riducendo il consumo di potenza in sistemi sempre inseriti. Il dispositivo è ideale per un’ampia gamma di applicazioni multicanale: sistemi di comunicazione, automotive e industriali. Gli otto convertitori buck dell’LTC3375 possono essere utilizzati indipendentemente o collegati in parallelo per ottenere correnti di uscita maggiori - fino a 4 A per uscita con un solo induttore condiviso. Poiché è possibile combinare quattro regolatori adiacenti, si possono realizzare 15 diverse configurazioni di uscita. I regolatori offrono due modalità di funzionamento: Burst Mode (modalità predefinita all’accensione) quando si desidera un’efficienza superiore a bassi carichi, e Pwm ininterrotta quando a bassi carichi si desidera rumore

Fig. 4 - Prestazioni dell’LTC3375 durante un transitorio di alta tensione

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automotiveinferiore. L’interfaccia I2C è utilizzabile per selezionare la modalità di funzionamento, la sequenza delle fasi, la tensione di regolazione di retroazione e lo slew rate di commutazione. I convertitori buck sono dotati di circuiti di limitazione della corrente diretta e inversa, di avvio graduale per limitare la corrente di spunto, di protezione contro il cortocircuito e di controllo dello slew rate per ridurre l’interferenza elettromagnetica da segnali irradiati. Altre caratteristiche: uscita di rilevazione della temperatura interna del chip (leggibile tramite I2C) e funzione di allarme che segnala all’utente quando la temperatura del chip raggiunge un valore di soglia programmato, per consentire al sistema di intervenire. L’LTC3375 è disponibile sia in un package Qfn con piazzole esposte da 7 x 7mm, a profilo ribassato (0,75 mm), dotato di dissipatore termico, sia in un’opzione H-Grade, ossia con temperatura della giunzione da -40°C a +150°C, un intervallo che soddisfa agevolmente il requisito di funzionamento ad alta temperatura nel settore automotive.

Soppressione delle emissioni irradiate e condotteLa frequenza di commutazione Pwm dell’LTC3375 è specificamente regolata a 2 MHz, con un intervallo garantito da 1,8 a 2,2 MHz, mediante un resistore RT da 400kΩ, utilizzabile per programmare qualsiasi frequenza di funzionamento fra 1 e 3MHz. I regolatori possono anche essere impostati su una modalità di funzionamento Pwm ininterrotta per prevenire il funzionamento in modalità burst anche a carichi bassi. Ciò non solo mantiene costante la frequenza ma anche riduce il ripple di tensione sui condensatori di uscita Cc-Cc.

Inoltre, l’LTC3375 può essere sincronizzato con un clock esterno a frequenza compresa tra 1 e 3 MHz, tramite il pin Sync, per ridurre ulteriormente il rumore del sistema. L’LTC3375 include una funzione speciale che consente all’utente di diminuire le velocità dei fronti di commutazione specificamente per ridurre le emissioni irradiate e offre anche alcuni ulteriori strumenti per la soppressione della sorgente di rumore. Lo slew rate dell’interruttore sui regolatori buck può essere regolato mediante I2C. Poiché i regolatori buck sono sincroni, aumentano sia il tempo di discesa che quello di salita. Le Figg. 2 e 3 mostrano l’andamento della commutazione con tempi di salita e discesa rispettivamente alla massima velocità e a velocità ridotta. La Fig. 3 mostra l’andamento della commutazione con tempi di salita e discesa a velocità ridotta.

Immunità alle escursioni estreme di tensione Un altro problema per l’elettronica nel settore automotive è costituito dalle drastiche variazioni della tensione della batteria, che scende a circa 5V durante l’avviamento a freddo, o da picchi di alta tensione. I circuiti elettronici non solo devono resistere a queste notevoli variazioni di tensione, ma devono anche continuare a funzionare. L’LTC3375 è dotato di un controller a pulsante e un regolatore esterno a Fet passante utilizzabili per ridurre un’alta tensione e quindi applicare all’LTC3375 una tensione regolata a un valore di sicurezza. La Fig. 4 mostra i dettagli dell’andamento della tensione di uscita regolata del circuito integrato durante un transitorio di alta tensione.

Nathan Hanagami, Steve Knoth e Marty MerchantLinear Technology

www.linear.com

giugno 2015

http://www.gomaelettronica.it/it/


Funzionalità all’avanguardia per un riproduttore Mp3L’unione dei componenti FT900 e FT800 costituisce una soluzione di riferimento efficiente e accattivante per il progetto di un riproduttore MP3 con capacità di elaborazione audio e video.

di Dave Sroka

circuiti integratitecnologietecnologie

Oggi esistono tantissime applicazioni multimediali che richiedono la trasmissione di dati ad alta velocità.

I progettisti devono dunque affrontare la sfida di raggiungere i livelli prestazionali richiesti da queste applicazioni, mantenendo al contempo il più possibile limitati il numero di componenti, lo spazio occupato dalla scheda ed il costo complessivo della realizzazione. Inoltre, devono garantire che non ci siano ritardi nel time to market, che potrebbero comportare la perdita di significative opportunità di profitto ed il rischio di essere anticipati dall’ingresso nel mercato dei prodotti della concorrenza, che annullerebbero il vantaggio competitivo. I sistemi di questo tipo, che gestiscono elevati flussi di dati e spesso integrano anche funzionalità touch-screen, si basano sempre di più su di un ristretto numero di sofisticati circuiti integrati che integrano su un solo chip una grande quantità di funzionalità, in modo da ottimizzare l’ingombro sulla scheda, la dissipazione di potenza ed il tempo di sviluppo. Il sistema di riproduzione audio Mp3 mostrato in Fig. 1 è un esempio di questi circuiti

integrati: impiega un microcontrollore a 32 bit ad alte prestazioni e un circuito integrato avanzato che funge da controllore grafico. Il microcontrollore di Fig. 1 è il modello FT900 di Ftdi, ovvero un controllore orientato a specifiche applicazioni recentemente introdotto insieme al controllore grafico FT800, sempre di Ftdi, il quale integra un motore video integrato e un controllore dedicato per il touchscreen. Il sistema è composto fondamentalmente da una scheda principale che ospita il microcontrollore FT900 e da un sistema di sviluppo del componente FT800 collegati tramite interfaccia Spi e alimentati tramite la tensione di 5 V proveniente dal connettore micro Usb della scheda principale.

Le funzionalità tattili e di sintesi sonora integrate nel componente FT800 insieme al controllore per schede di memoria SD e all’interfaccia I2S offerte dal microcontrollore FT900 rendono estremamente semplice la realizzazione pratica del sistema. Di conseguenza, basta aggiungere pochissimi componenti esterni. Il modulo codec esterno I2S consente di ottenere un’uscita audio di alta qualità, sia per le cuffie che per una linea diretta, collegabile in alternativa ad un amplificatore audio esterno. Il modulo codec contiene anche il mixer audio per la gestire la sintesi sonora dal FT800 e il segnale audio stereo MP3 dell’interfaccia I2S del FT900. Il modulo è in grado di pilotare direttamente le cuffie stereo. La linea di uscita invece può essere collegata a un amplificatore

Fig. 1 - Schema di un sistema di riproduzione audio MP3 basato su un microcontrollore FT900 e un controllore grafico FT800

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audio. Il nucleo di elaborazione proprietario FT32 del microcontrollore FT900 può lavorare a frequenze di clock fino a 100 MHz, è caratterizzato da un’architettura priva di latenza nell’accesso alla memoria programma ed è in grado di offrire una potenza computazionale di ben 281 Dmips. Questo core consente al FT900 di prendersi cura dell’elaborazione audio, mentre il circuito integrato FT800 si occupa del controllo touch e della visualizzazione grafica.

Il firmwareLe parti che costituiscono il firmware del lettore Mp3, mostrate in Fig. 2, sono: un modulo di gestione dei comandi grafici, un modulo di gestione della sintesi dei toni, un modulo di gestione dei comandi dell’utente, una pila Spi, un host SD con una pila di gestione della scheda SD, un file system, una pila audio I2S, un modulo di riproduzione audio e un modulo di gestione degli eventi. Tutto il firmware di questa applicazione è stato sviluppato in linguaggio C nell’ambiente di sviluppo Eclipse (disponibile gratuitamente sul sito Ftdi). L’applicazione di esempio (che include i driver delle periferiche e le librerie) è memorizzata nella memoria flash interna da 256 kByte del microcontrollore. Un risparmio significativo di spazio e costo è stato ottenuto grazie al fatto che non è necessaria una memoria esterna. Questo esempio costituisce inoltre un riferimento a cui possono attingere i progettisti impegnati nella creazione dei loro sistemi.

Elementi hardware fondamentaliIl componente FT800 consente di realizzare in modo molto semplice l’interfaccia uomo-durante la progettazione del sistema. Grazie al suo innovativo approccio orientato agli oggetti, dove gli oggetti posso essere immagini definite dall’utente, caratteri, suoni ecc., è possibile progettare le interfacce uomo-macchina ad un livello di astrazione molto superiore, che non sarebbe stato altrimenti raggiungibile. Il risultato finale è un ciclo di

sviluppo più breve e meno costoso. I progettisti possono realizzare una serie di pulsanti grafici attivabili al tocco (come play, stop, pausa) e le slitte per regolare il volume e il bilanciamento tra i canali. La qualità del display è garantita in quanto le immagini sono visualizzate con una risoluzione di 1/16 di pixel (invece che pixel per pixel), evitando così di dover ricorrere a buffer video o memorie flash molto capienti. Il controllore touch a quattro fili integrato e il controllore del singolo canale audio consentono di associare ad aree specifiche del display vari trilli, fischi e suoni tipo midi, in modo che i vari eventi di interazione tattile diano luogo a qualche forma di risposta sonora. Il circuito integrato FT900 dispone delle risorse necessarie per elaborare il contenuto audio proveniente dalla scheda di memoria SD e per creare e visualizzare la playlist dei brani Mp3, includendo anche le immagini delle copertine degli album associate ai brani e visualizzate come bitmap. Questo dispositivo è stato espressamente sviluppato per l’impiego in sistemi ad alta velocità e caratterizzati da un elevato onere computazionale. Il circuito integrato contiene anche un’interfaccia video per manipolare dati video con risoluzione Vga (640 x 480 pixel). Le caratteristiche uniche

di gestione dello streaming di dati di questo circuito integrato evitano la necessità di protocolli più complessi, come l’accesso diretto alla memoria per il trasferimento interno di dati. Anche il supporto dei protocolli Usb 2.0 (480 Mbit/s), 10/100 Ethernet e Can bus è stato incluso, rendendo questo componente adatto per l’impiego sia in ambienti industriali che in ambienti di calcolo e consumer. I numerosi convertitori digitale-analogico e analogico-digitale incorporati nel chip consentono di trasferire i dati velocemente e facilmente tra tutti i tipi di sensori e attuatori presenti nell’applicazione. Grazie alla sua realizzazione mirata alla maggiore velocità, il dispositivo FT900 può offrire dei significativi vantaggi operativi in un’ampia gamma di applicazioni audio-video, tra cui gli apparati video over IP, i sistemi di sorveglianza, impianti audio di qualità, hardware per l’ispezione industriale ed i sistemi citofonici. Può essere impiegato insieme al circuito integrato FT800 oppure da solo, a seconda delle necessità. La scheda di sviluppo e il modulo di debug che lo completano possono facilitare i processi di sviluppo e di debug.

Dave SrokaFtdi Chip

www.ftdichip.com

Fig. 2 - Le funzioni principali del firmware del lettore MP3

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circuiti integrati


L’evoluzione della spettroscopia nel vicino infrarossoL’inarrestabile evoluzione verso spettrometri Nir sempre più piccoli e potenti apre la strada a un ampio spettro di applicazioni.

di Joe Siddall

spettroscopiatecnologietecnologie

Gli spettrometri nel vicino infrarosso esistono da oltre 60 anni, ma solo pochissime persone conoscono questi strumenti

affidabili. È sorprendente quante cose possa fare la spettroscopia Nir per persone che non hanno mai sentito la parola “spettrometro”. Gli spettrometri Nir aiutano diverse

categorie di utenti a prendere decisioni nel loro lavoro quotidiano. Ad esempio possono aiutare l’agricoltore a capire se il suo concime fornisce proteine a sufficienza, oppure il tecnico della sicurezza alimentare a sapere se il latte contiene sostanze adulteranti, o il chimico farmacista a capire se alcune medicine hanno le giuste dosi.

Molti settori industriali, dall’alimentare all’agricoltura, dalla medicina legale al rilevamento degli incendi, dal farmaceutico al petrolchimico, dipendono dalle informazioni fornite dagli spettrometri. Gli spettrometri Nir misurano l’energia riflessa da, o trasmessa attraverso, un campione di materiale. Grazie a questa tecnica è possibile conoscere il tipo di molecole presenti nel campione. In un certo senso gli spettrometri Nir rilevano l’impronta molecolare di una sostanza.

La spettroscopia Nir ieriI primi spettrometri erano in molti casi strumenti ingombranti e delicati con parti mobili. Le sorgenti luminose venivano scomposte nelle varie lunghezze d’onda mediante prismi o griglie. Le griglie venivano ruotate manualmente a piccoli scatti per ogni punto di misura all’interno dello spettro desiderato. I dati venivano elaborati in forma di diagramma spettrale per ogni campione misurato. Venivano quindi effettuate manualmente le comparazioni con riferimenti e altri campioni. Questi spettrometri primitivi erano installati in laboratori e raramente venivano spostati. Gli anni Settanta registrarono l’avvento dei microprocessori nella spettroscopia, sia per controllare lo spettrometro sia per elaborarne i risultati. L’industria dei semiconduttori accelerò il passo dal 1970 fino agli anni 2000, rivoluzionando microprocessori e computer per ottenere un migliore controllo degli spettrometri e per elaborare i dati spettrali. L’avvento dei convertitori analogico-digitale ha aperto la strada al campionamento dei dati spettrali controllato da processore. La spettroscopia Nir oggiOggi esistono sei architetture comunemente utilizzate per gli spettrometri Nir.Fig. 1 - Alcune applicazioni tipiche della spettroscopia Nir

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• Filtri fissi - Questi strumenti misurano con un numero fisso di lunghezze d’onda, ciascuna corrispondente a un filtro ottico montato su una ruota. Le letture vengono effettuate con l’avanzamento della ruota da un filtro all’altro.

• Griglia/Prisma rotante - Questi strumenti utilizzano un motore per far passare l’uscita dispersa di una griglia (lunghezze d’onda) su un rilevatore a punto singolo.

• FT-Nir - Questi strumenti sfruttano le proprietà di trasformata di Fourier dell’interferometro di Michelson. Sono dotati di specchi mobili per creare schemi di interferenza che possono essere correlati matematicamente a uno spettro.

• Rilevatore ad array lineare - Questi strumenti usano una griglia per disperdere le lunghezze d’onda su un array di pixel lineare monodimensionale, che può avere un numero di elementi superiore a 256 o 512.

• Filtro variabile lineare - Questi strumenti utilizzano un filtro variabile posto davanti a un rilevatore ad array lineare che consente a lunghezze d’onda specifiche di colpire ciascun elemento pixel.

• Tecnologia DLP - Il Digital Micromirror Device indirizza la luce dispersa da una griglia verso un rilevatore di singolo pixel. Il dispositivo a microspecchi è programmabile e flessibile per consentire il campionamento delle lunghezze d’onda in qualsiasi sequenza o con diverse risoluzioni. Questa operazione può essere effettuata con un’unica scansione.

Tipologie di utilizzoGli spettrometri Nir attuali sono molto più evoluti dei loro predecessori, grazie al controllo mediante microprocessore, al campionamento A/D di precisione e al calcolo spettrale computerizzato con analisi statistica. Le tipologie di utilizzo possono variare a seconda delle architetture. Per l’uso in laboratorio

generalmente si utilizzano strumenti grandi, ad alta precisione, per scopi generici. I computer per l’elaborazione dei dati spettrali possono essere interni o posizionati in remoto a collegati via Ethernet o Usb. Elaborano grandi quantità di dati ed effettuano comparazioni con una libreria di riferimenti in pochi secondi.Gli spettrometri Nir portatili sono simili a piccole macchine da laboratorio trasportabili e sono provvisti di un alimentatore Ca da 110 Vo un alimentatore da 12 V con inverter. Spesso sono poco più grandi di una valigetta e possono essere collocate sul pianale posteriore di un camion per utilizzarlo in diversi contesti, ad esempio in un campo o in una miniera. Per l’uso in linea ci sono delle unità specializzate destinate al monitoraggio in ambienti di fabbrica che sono solitamente studiate per usi specifici. Un’installazione in fabbrica può essere costituita da diversi spettrometri lungo una catena di montaggio collegati via Ethernet o wireless a un centro di controllo principale. C’è molto interesse per lo sviluppo di spettrometri palmari realmente portatili e facili da utilizzare. I modelli attuali possono funzionare a batteria e hanno dimensioni simili a un avvitatore elettrico. Il vantaggio è che sono realmente portatili e hanno un alimentatore integrato per l’utilizzo in campo.

La spettroscopia Nir domaniIl futuro della spettroscopia Nir appare luminoso. Gli strumenti sono sempre stati ingombranti e costosi, installati in ambienti di laboratorio controllati e normalmente inaccessibili a un pubblico generico. Le modalità di utilizzo sono state limitate dalle dimensioni e dal costo di queste apparecchiature da laboratorio. Grazie all’evoluzione tecnica che ha consentito di ridurre dimensioni e costi, le ultime generazioni di spettrometri Nir sono più portatile e idonee all’utilizzo in campo. Lo sviluppo di nuovo tecnologie di rilevatori e DLP, la miniaturizzazione dei semiconduttori e l’avvento del cloud computing lasciano intravedere un futuro promettente per

gli spettrometri Nir mobili. Con soluzioni piccole, a costi accessibili, efficienti e semplici da usare, gli spettrometri possono arrivare al grande pubblico. Le tecnologie più recenti possono aprire la strada ad applicazioni rivoluzionarie. Con la massiccia diffusione degli smartphone tutti hanno un’incredibile potenza di calcolo sempre a portata di mano. Teoricamente gli spettrometri Nir possono seguire la stessa curva di miniaturizzazione e riduzione dei costi, portando anche la misura verso il modello “domestico” o “personale”. Magari non si chiameranno più “spettrometri Nir”, ma in futuro esisteranno dispositivi di misura personali con i quali le famiglie potranno analizzare il grado di maturazione di alcuni alimenti, rilevare la presenza di cibi allergizzanti come le noccioline, verificare la purezza di un olio d’oliva costoso, effettuare monitoraggi medici o controllare l’olio dell’auto. L’evoluzione inarrestabile verso spettrometri Nir sempre più piccoli e potenti apre la strada a un ampio spettro di applicazioni.

Joe SiddallEmbedded Products Program Manager

Texas Instrumentswww.ti.com

Fig. 2 - Architettura con griglia rotante (sopra) e architettura Dmd (sotto)

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spettroscopia

La programmabilità dell’hardware è una delle soluzioni di progettazione che permettono di affrontare la complessità dei sistemi e i

requisiti sempre più stringenti in termini di basso consumo di potenza, tempo reale e piccole dimensioni.La natura delle applicazioni di nuova generazione, sempre più complesse e allo stesso tempo sempre più ridotte nelle dimensioni della applicazioni, sta cambiando l’architettura della logica programmabile. Le nuove architetture che utilizzano la logica programmabile sono spiccatamente orientate al sistema altamente integrato ed eterogeneo. Il concetto di System-

on-Chip viene ulteriormente esteso in termini di eterogeneità sia dei modelli computazionali, sia di quelli tecnologici. L’integrazione di analogica, digitale e mixed-signal rende questi dispositivi di logica programmabile una potenziale soluzione ideale per le applicazioni embedded in campi applicativi nuovi alla logica programmabile come per esempio quello del wearable.

System-on-Chip Programmabili con BleIl PSoC 4 di Cypress è una piattaforma hardware ad architettura configurabile e scalabile che consente di implementare sistemi basati su Mcu con un set

di periferiche e di unità di controllo specifiche dell’applicazione. PSoC 4 integra su chip la Cpu Arm Cortex M0 e una serie di blocchi analogici e digitali riconfigurabili attraverso un sistema di routing molto flessibile. In particolare la famiglia PSoC 4XX7_Ble integra insieme alla Mcu un modulo Ble (Bluetooth Low Energy). Altri moduli includono funzionalità digitali, analogiche e mixed-signal.

Analogica programmabileMaxim Integrated ha recentemente introdotto un’architettura analogica programmabile sul modello dei sistemi hardware programmabili.

L’integrazione di analogica, digitale e mixed-signal rende i dispositivi di logica programmabile una soluzione ideale per le applicazioni embedded in campi applicativi come il wearable.


70[ componenti programmabili ]report

di Mario Malcangi

Verso la programmabilità di sistema

Si tratta dell’architettura Pixi, su cui si basa il MAX11300, un chip mixed-signal configurabile per l’I/O analogico e digitale. Il MAX11300 integra un Adc a 12 bit multicanale e un Dac a 12 bit multicanale bufferizzato. Il chip rende disponibile questi dispositivi in modalità di configurazione firmware sia a livello interno, sia a livello esterno. Il dispositivo offre 20 porte esterne mixed-signal ad alta tensione configurabili come ingressi analogici, come output analogici e come input/output digitali di uso generale. Il chip include anche il sensing di temperatura (uno interno e due esterni) oltre a uno di tipo ambientale. Due delle porte adiacenti sono anche configurabili come traslatori di livello logico per supportare dispositivi open-drain o interruttori analogici. La programmazione hardware del MAX11300 avviene tramite interfaccia grafica, quindi eseguibile anche da non esperti di analogica in quanto il codice di programmazione dell’hardware viene generato dall’ambiente di sviluppo grafico. La programmazione delle porte, anche a livello elettrico, è molto flessibile e versatile. Ogni porta è configurabile individualmente in un range tra -10 V e + 10 V. È possibile anche programmare una modalità di averaging per ogni porta configurata come Adc relativamente a 2, 4, 8, 16, 32, 64 o 128 campioni, in modo da minimizzare le problematiche di rumore. Molto interessante è la possibilità di monitorare la temperature interna ed esterna per tenere sotto controllo i limiti di temperature dell’applicazione, senza impegnare la Cpu host tranne che, in modalità interrupt, quando l’evento viene rilevato. I valori di temperatura misurati vengono resi disponibili tramite interfaccia seriale (Spi a 4 fili a 20 MHz).

Logica programmabile ultra-smallLa scelta della logica programmabile, in particolare le Fpga, in applicazioni dove le dimensioni e il consumo di potenza sono fattori determinanti del successo, è sempre stata difficile. L’evoluzione tecnologica della logica programmabile ha consentito di superare anche questa barriera, rendendo disponibili dispositivi di ridottissime dimensioni e bassissimo

consumo, come per esempio il dispostivo Fpga di Lattice, iCE40 Ultra/UltraLite. iCE40 Ultra/UltraLite è una Fpga di solo 1,4 x 1,4 mm e 0,45 mm di spessore , quindi di dimensioni adatte a sistemi ultra-embedded come per esempio quelli indossabili. Malgrado queste piccolissime dimensioni, iCE40 di Lattice integra fino a 4000 Ltu e una serie di Ip fondamentali per lo sviluppo di applicazioni dedicate come la lettura dei barcode, la gestione della voce, la Usb di tipo C, l’identificazione utente, la gestione dei Led, la funzione

pedometro, ecc. La programmazione avviene sia tramite I2C, sia tramite Spi. Interessante anche la doppia modalità di clock, 48 MHz per le alte prestazioni e 10 kHz per il basso consumo. Altre due elementi di flessibilità sono i 26 I/O per l’implementazione di interfacce custom e 80 kbit di Ram non volatile.

Multi-Processing System-on-ChipL’evoluzione del paradigma applicativo dell’elettronica è tale che la complessità è la problematica

Fig. 1 - Applicazione del PSoC 4XX7_Ble di Cypress per sistemi indossabili di monitoraggio dei parametri fisiologici

Fig. 2 - La programmazione hardware del MAX11300 di Maxim avviene tramite Gui

[ componenti programmabili ]

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Verso la programmabilità di sistema

dominante che gli sviluppatori devono affrontare e risolvere nella maniera più ottimale possibile. In particolare i sistemi di nuova generazione vedono aumentare i requisiti di banda sia a livello computazionale, sia a livello di comunicazione. L’informazione nella forma multimediale è sempre più ricorrente e la natura delle applicazioni sempre più eterogenea. Xilinx ha sviluppato l’architettura MPSoC (Multi-Processing System-on-Chip) basata sullo standard Zynq-7000 a 28 nm per affrontare problematiche applicative complesse con tecnologie basate sulla logica programmabile e orientate al system-on-chip, come le comunicazioni wireless, le reti software defined, la visione intelligente basata su algoritmi evolutivi, il controllo diretto tra macchine, ecc. L’architettura UltraScale MPSoC di Xilinx consente la scalabilità da 32 a 64 bit con supporto della virtualizzazione, l’utilizzo combinato di motori hardware e software per il controllo real-time, l’elaborazione video/grafica e alter applicazioni computazionalmente intensive. Il concetto fondamentale sottostante questa architettura di computing basata sulla logica programmabile è quello della definizione di una sistema fatto su misura per l’applicazione che parte dal concetto di system-on-chip e di ottimizzazione dell’architettura tramite la logica programmabile. Lo sviluppo delle applicazioni su questa architettura si basa su un modello di astrazione si sistema basato sul linguaggio C, C++ e OpenCL, con un flusso di progettazione basato sul riutilizzo delle IP.

Logica programmabile e DspL’utilizzo della logica programmabile, in particolare le Fpga, per affrontare le problematiche computazionali intensive tipiche dell’elaborazione numerica del segnale in campi applicativi avanzati, per esempio quello video, è una delle più significative strategie di sviluppo per garantire prestazioni real-time effettive. Questa esigenza non è venuta meno malgrado le elevate prestazioni raggiunte dalle Mcu di ultima generazione che hanno incorporato molte delle funzionalità tipiche dei Dsp. La logica programmabile ha ora raggiunto un livello di prestazioni tali da essere competitiva rispetto alle soluzioni Mcu, offrendo allo stesso tempo la capacità di realizzare applicazioni altamente ottimizzate ed efficienti. In particolare, la soluzione della logica programmabile in campo Dsp ha il vantaggio di poter definire

in termini strettamente hardware gli algoritmi dei processi Dsp richiesti dall’applicazione. Per esempio è possibile ottenere precisioni di calcolo a lunghezza variabile grazie proprio alla disponibilità di blocchi Dsp che possono essere configurati al momento della programmazione dell’hardware. Altera ha per esempio introdotto il concetto di variable-precision Dsp block configurabili compile-time nell’ambito dello standard Ieee floating-point 754. Grazie a questi blocchi Dsp le prestazioni della logica programmabile vengono aumentate fino a 1.5 tera floating-point operation per second sui dispositivi della famiglia Arria 10. Altera mette a disposizione un set ampio di funzioni matematiche floating-point, circa 70, compatibili con la specifica OpenCL 1.2 e ottimizzate per l’architettura hardware. Queste funzioni fanno un uso ottimale delle

Fig. 3 - Applicazione della Fpga iCE40 Ultra di Lattice nell’implementazione di un dispositivo indossabile (pedometro), garantendo le piccole dimensioni e il bassissimo consumo di potenza

Fig. 4 - L’architettura UltraScale MPSoC di Xilinx implementa il concetto di adattabilità del sistema alla natura dell’applicazione utilizzando tecnologie di programmazione logica di sistema e di SoC per ottenere prestazioni di livello Asic

Fig. 5 - Arria 10 di Altera è una Fpga a 20 nm di geometria di integrazione, ottimizzata per applicazioni di signal processing, con blocchi Dsp che eseguonoin hardware le operazioni floating-point


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risorse hardware della Fpga come la memoria e i blocchi Dsp, tanto da non richiedere l’utilizzo di ulteriore logica Fpga aggiuntiva. Arria 10 è una Fpga di livello SoC ad altissima densità di integrazione (20 nm), particolarmente ottimizzata per applicazioni Dsp di natura embedded, quindi a bassissimo consumo ed elevatissima velocità esecutiva. I blocchi Dsp eseguono in hardware l’aritmetica Dsp floating-point ottenendo prestazioni computazionali dell’ordine dei 1500 giga floating-point operation per second. A queste prestazioni computazionali interne, Aria 10 affianca anche una capacità di trasferimento dati di 3.6 Tbps basata su 96 transceiver.

Fpga e memoriaNelle applicazioni computazionalmente intensive oltre all’efficienza della parte esecutiva dell’aritmetica, la componente di memoria contribuisce in maniera non indifferente alla efficienza esecutiva. Nella logica programmabile il modello di memoria è differente da quello delle Mcu e anche degli Asp di cui fanno parte i Dsp. Nelle Fpga la memoria deve essere distribuita e le modalità di accesso compatibili con le possibili configurazioni della logica programmabile. Atmel, nella famiglia di Fpga AT40K, ha implementato un modello di memoria distribuita con tempo di accesso si 10 ns di tipo dual-port/single-port Sram. Tale Ram può essere utilizzata senza dover impegnare parte della logica della Fpga. Utilizzando gli strumenti di generazione delle macro, possono essere configurati particolari schemi di accesso alla memoria (come le Fifo, le scratch pad.). A questa innovazione della memoria, Atmel affianca anche una struttura di core cell innovativa 8-sided, capace di connessioni dirette orizzontali, verticali e diagonali. Questi schemi di connessione permettono di realizzare array di moltiplicazione particolarmente veloci e indipendenti da altre risorse.

Fig. 6 - Atmel ha sviluppato una struttura di cella 8-sided, capace di connessioni dirette orizzontali, verticali e diagonali (a destra la connessione tra una cella e due strutture a bus orizzontali e verticali)

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La tecnologia FinFet da 16 nm batte la legge di Moore

La generazione dei dispositivi programmabili in tecnologia da 16 nm è alle porte. Questi ultimi consentiranno ai progettisti di

realizzare sistemi con un rapporto tra prestazioni e consumi da 2 a 5 volte superiore rispetto a sistemi confrontabili progettati con dispositivi in tecnologia da 28 nm. Questi vantaggi in termini di prestazioni per watt si

basano su tre pilastri: la realizzazione del dispositivo nel processo 16FF+ (16nm FinFet Plus) di Tsmc, la memoria UltraRam di Xilinx e un sistema innovativo di ottimizzazione delle interconnessioni a livello di sistema noto come SmartConnect. Inoltre, Xilinx ha anche presentato il proprio SoC Interamente Programmabile Zynq di seconda generazione. Il SoC

multiprocessore (MPSoC) Zynq UltraScale+ presenta un processore applicativo quad-core Arm Cortex-A53 a 64 bit, un processore in tempo reale Arm Cortex-R5 a 32 bit ed un processore grafico Arm Mali-400MP, assieme a risorse di logica Fpga da 16 nm (con memoria UltraRam), un grande numero di periferiche, funzionalità per la sicurezza e per l’affidabilità ed una tecnologia innovativa di controllo dell’alimentazione. Tutto ciò consente di creare sistemi con un rapporto prestazioni/consumi 5 volte superiore rispetto ai sistemi progettati con il SoC Zynq da 28 nm.

I vantaggi della tecnologia FinFetLa tecnologia FinFet da 16 nm assicura ulteriore valore aggiunto rispetto a quanto la Legge di Moore è tradizionalmente in grado di fornire ai progettisti. Ne beneficerà una vasta gamma di applicazioni di prossima generazione, inclusi i sistemi Lte avanzati e Wireless 5G, le comunicazioni via cavo con prestazioni dell’ordine del terabit, i sistemi avanzati di guida assistita in campo automobilistico e le applicazioni industriali dell’Internet delle Cose. In base alla pura migrazione di processo verso la tecnololgia FinFet da 16 nm, Xilinx ha prodotto dispositivi che vantano un miglioramento del rapporto prestazioni/watt di un fattore 2 rispetto di dispositivi della serie 7 da 28 nm. La tecnologia 16FF+ di Tsmc è una tecnologia di processo estremamente efficiente, dal momento che elimina

La combinazione della tecnologia FinFet da 16 nm di Tsmc e delle nuove tecnologie UltraRam e SmartConnect di Xilinx consente di introdurre sul mercato soluzioni con un rapporto tra prestazioni e consumi da 2 a 5 volte superiore rispetto ai prodotti di generazione precedente.


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virtualmente le perdite di potenza del transistor associate ai processi precedenti su silicio realizzati con transistor planari.

I vantaggi della tecnologia UltraRam Oggi stiamo assistendo a un profondo contrasto fra la memoria on chip di cui si dispone, come la Lut Ram o la Ram distribuita e la Ram a blocchi, e la memoria che si ha all’esterno del chip, come la Ddr o la Sram off-chip. Esistono numerose applicazioni che richiedono grandi risorse di elaborazione, le quali necessitano di diversi tipi di memoria. Specialmente se si progettano sistemi più complessi e di grandi dimensioni, esiste una necessità crescente di avere una memoria più veloce su chip. Le Ram a blocchi sono troppo granulari e le risorse disponibili sono insufficienti. E se si aggiunge memoria esterna al chip, questo aumenta i consumi di potenza, complica gli I/O e fa aumentare i costi per distinta materiali. Queste sono le ragioni per cui Xilinx ha messo a punto la tecnologia UltraRam, aggiungendo un altro livello di gerarchia di memoria on-chip, assieme alla capacità di realizzare facilmente grandi blocchi di memoria all’interno del progetto. Ciò fa sì che sia più semplice per i progettisti posizionare la dimensione di memoria più adatta sul chip, garantendo al contempo la corretta temporizzazione . La memoria Lut o la Ram distribuita consente ai progettisti di aggiungere la Ram in tagli da pochi bit a kilobit, e la BRam consente ai progettisti di aggiungere blocchi di decine di megabit.

L’UltraRam consentirà a coloro che useranno i dispositivi UltraScale+ di realizzare SRam su chip in blocchi da centinaia di megabit (Fig. 2). Facendo ciò, i progettisti saranno in grado di creare sistemi con prestazioni superiori e più efficienti in termini di consumi che richiedono meno risorse di Ram esterne. Di conseguenza, i costi dei componenti risulteranno ridotti. Il dispositivo UltraScale+ di dimensioni maggiori, il componente VU13P, avrà 432 Mbit di UltraRam.

I vantaggi della tecnologia SmartConnectUn’altra nuova tecnologia, nota come SmartConnect, fornisce ulteriori miglioramenti in termini di rapporto prestazioni/watt ai progetti basati sui dispositivi UltraScale+. SmartConnect

è una co-ottimizzazione dei tool e dell’hardware e un modo intelligente di permettere ai progettisti di realizzare in modo più semplice i progetti, anche se questi ultimi stanno diventando più complessi. Tradizionalmente, dato che i progettisti inseriscono sempre più blocchi Ip all’interno di un progetto, gli oneri aggiuntivi - in termini di requisiti di potenza e di area - aumentano. Con la tecnologia SmartConnect, Xilinx ha aggiunto ottimizzazioni alla suite di progettazione Vivado che considereranno l’intero progetto a livello di sistema. SmartConnect sarà disponibile con le topologie di interconnessione più efficienti per ottenere l’area più piccola e le massime prestazioni, sfruttando alcune nuove migliorie apportate alle interconnessioni Axi unitamente al silicio UltraScale+

Fig. 1 - Gli Fpga UltraScale+ da 16nm di Xilinx e gli MPSoC Zynq UltraScale+ MPSoCs offrono ai gruppi di progettazione un ulteriore livello di valore aggiunto

Fig. 2 - L’UltraRam colma il divario fra la memoria interna e quella esterna al chip, consentendo di creare sistemi con prestazioni superiori e consumi più ridotti

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da 16 nm. La Fig. 3 illustra un progetto reale che è caratterizzato da otto unità di elaborazione video, tutte che si interfacciano con un processore e con la memoria. In un progetto di questo tipo, la logica di interconnessione può consumare circa la metà dell’area totale del progetto. Questo non solo impatta sui consumi ma limita anche la frequenza. SmartConnect può ridefinire automaticamente i blocchi di interconnessioni e ridurre i consumi di potenza del 20 per cento a parità di prestazioni.

Fpga UltraScale da 16 nm Per illustrare i vantaggi in termini di rapporto prestazioni/watt in uno scenario di progettazione basata su Fpga, si consideri che un acceleratore hardware Cpri wireless in banda base e di compressione da 48 porte realizzato in un Fpga da 28 nm consuma 56 Watt (Fig. 4). Lo stesso progetto realizzato però su un Fpga Virtex UltraScale+ da 16 nm consuma 27W, o il 55 per cento in meno, fornendo un vantaggio in termini di rapporto prestazioni/watt di un fattore 2,1. Con le tecnologie UltraRam e SmartConnect, il vantaggio in termini di prestazioni della versione del progetto basata su un dispositivo Virtex UltraScale+ balza a oltre un fattore 2,7 di miglioramento rispetto ad una realizzazione su Fpga Virtex 7 da 28 nm, con consumi inferiori del 63

per cento. Analogamente, un modulo Pci per l’elaborazione delle immagini con consumi complessivi di 15 W, un dispositivo Virtex 7 da 28 nm fornisce prestazioni pari a 525 operazioni al secondo. Al confronto, lo stesso progetto realizzato in tecnologia UltraScale da 16 nm fornisce 1255 operazioni al secondo, pari ad un aumento del rapporto prestazioni/watt di un fattore 2,4X. Aggiungendo i vantaggi delle tecnologie UltraRam e SmartConnect, il vantaggio in termini di

rapporto prestazioni/watt della versione Virtex UltraScale+ passa ad oltre un fattore 3,6 superiore rispetto a quello della realizzazione su Fpga Virtex 7 da 28 nm. Con l’MPSoC UltraScale+ da 16 nm, Xilinx ha migliorato radicalmente le prestazioni fra il sistema di elaborazione e la logica programmabile, fornendo al dispositivo oltre 6000 interconnessioni che operano con una banda di picco di 500 GBps. Questo rende la connessione fra il sistema di elaborazione e il sistema logico dell’MPSoC Zynq UltraScale+ più veloce di un fattore 6 rispetto a quanto non sia possibile con il SoC Zynq da 28 nm. Ciò surclassa nettamente le architetture a due chip costituite da un Assp e da un Fpga in termini di prestazioni a livello di sistema. Al centro dell’MPSoC Zynq UltraScale+ si trova il processore quad core Arm Cortex A53 da 64 bit, che fornisce prestazioni più che doppie rispetto al sistema di elaborazione dual Cortex A9 del SoC Zynq da 28 nm. Il sistema di elaborazione applicativo supporta la virtualizzazione hardware e l’elaborazione simmetrica, e supporta pienamente la suite TrustZone® di Arm di funzionalità per la sicurezza. Xilinx ha anche fornito all’MPSoC Zynq UltraScale+ un sottosistema di elaborazione Arm Cortex R5 dual core, che consente agli utenti di aggiungere il

Fig. 4 - Il dispositivo UltraScale+ da 16nm mantiene il proprio straordinario vantaggio in termini di rapporto prestazioni/watt per chi cerca di realizzare progetti caratterizzati da una velocità superiore a parità di consumi di potenza o per chi cerca di ottenere drastiche riduzioni dei consumi con le stesse prestazioni

Fig. 3 - La tecnologia SmartConnect taglia l’area di interconnessione richiesta anche del 20%, riducendo il consumo di potenza del 20% a parità di prestazioni


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funzionamento deterministico ai propri sistemi. Il processore in tempo reale assicura l’adattabilità istantanea del sistema per applicazioni che richiedono i massimi livelli di velocità, sicurezza e affidabilità. L’MPSoC Zynq UltraScale+ include anche numerose unità grafiche dedicate per assicurare ulteriori vantaggi in termini di prestazioni di elaborazione. L’unità dedicata di accelerazione grafica Arm Mali 400MP scarica i compiti ad alto contenuto di elaborazione grafica dalla Cpu centrale. Per complementare la Gpu, Xilinx ha aggiunto un’unità codec video sintetizzata su silicio al blocco di logica programmabile per la compressione/decompressione video che supporta lo standard video H.265 per 8Kx4K e 4Kx2K. Una sorgente DisplayPort consente agli utenti di accelerare la pacchettizzazione dei dati video, eliminando al contempo la necessità di un chip trasmettitore DisplayPort TX esterno nel proprio sistema. L’MPSoC Zynq UltraScale presenta anche numerose migliorie alla memoria on-chip. I dispositivi di dimensioni maggiori nella famiglia di prodotti includeranno l’UltraRam oltre alla Ram a blocchi nella logica programmabile. Nel frattempo, le unità di elaborazione degli MPSoC Zynq UltraScale+ condividono cache L1 e L2. L’MPSoC presenta anche un’unità di interfaccia Ddr da 72 bit

con Ecc. L’interfaccia vanta velocità massime di 2400 Mbps per la Ddr4, con supporto a capacità di Dram da 32 Gbyte con profondità di memoria superiori. Un’unità di sicurezza dedicata sull’MPSoC Zynq UltraScale+ consente di ottenere livelli di sicurezza di classe militare come l’avvio sicuro, la gestione delle chiavi e delle aree riservate, e le funzionalità di anti-manomissione - tutti requisiti standard per la comunicazione macchina-macchina e per le applicazioni di controllo connesso. Inoltre, il sistema di logica programmabile dell’MPSoC Zynq UltraScale+ include anche blocchi integrati per la connettività per i protocolli 150G Interlaken, 100G Ethernet Mac e PCIe Gen4. Un’unità analogica a segnale misto interna aiuta i gruppi di progettazione a collaudare i propri sistemi con System Monitor. Con tutte queste caratteristiche, è improbabile che ogni applicazione userà ogni unità di elaborazione disponibile nell’MPSoC. Di conseguenza, Xilinx ha dotato l’MPSoC Zynq UltraScale+ di un’unità di gestione dell’alimentazione dedicata estremamente flessibile. L’unità consente agli utenti di controllare i domini e le isole di alimentazione per alimentare solo quelle unità di elaborazione che il sistema usa. Per di più, i gruppi di progettazione possono programmare l’unità per il funzionamento dinamico,

assicurando che il sistema utilizzi solo le funzionalità richieste per eseguire un dato compito e quindi si spenga. La Pmu gestisce inoltre una moltitudine di funzionalità per la sicurezza e per l’affidabilità quali le rilevazione e la mitigazione del segnale e dell’errore, la modalità in stato sicuro e l’isolamento e la protezione del sistema. Grazie a tutte queste caratteristiche di elaborazione aggiunte alle caratteristiche, in termini di rapporto prestazioni watt, della tecnologia da 16 nm sopra discusse, i progetti realizzati su MPSoC Zynq Ultra- Scale+ beneficeranno di un vantaggio di un fattore 5 in termini di rapporto prestazioni/watt rispetto ai progetti realizzati in un SoC Zynq da 28 nm. Ad esempio, per creare un sistema di videoconferenza che riproduce video ad una risoluzione piena di 1080p, i progettisti hanno usato un SoC Zynq abbinato ad un Assp H.264 separato. Con i vantaggi dell’MPSoC Zynq UltraScale+, i progettisti possono ora realizzare un sistema Uhd 4Kx2K in un MPSoC Zynq UltraScale+ con gli stessi consumi complessivi ed ottenere risparmi di un fattore 5 in termini di rapporto prestazioni/watt rispetto al sistema a due chip. In un’applicazione radio per la sicurezza pubblica che richiedeva un SoC Zynq assieme a due Assp, è possibile ora realizzare l’intero progetto in un MPSoC Zynq UltraScale+ con consumi inferiori del 47% e con prestazioni 2,5 volte superiori rispetto alla configurazione precedente, fornendo un vantaggio in termini di prestazioni/watt di un fattore 4,8. Analogamente, un sistema automotive di guida assistita multicamera realizzato precedentemente su due SoC Zynq da 28 nm può ridursi ad un MPSoc Zynq UltraScale+. Il sistema su chip singolo fornisce prestazioni 2,5 volte superiori rispetto al progetto basato su due chip e consuma il 50 per cento in meno di potenza. Questo assicura un vantaggio in termini di prestazioni/watt di un fattore cinque rispetto alla realizzazione precedente.

Mike SantariniXilinx

www.xilinx.com

Fig. 5 - L’MPSoC Zynq UltraScale+ da 16 nm presenta un ricco insieme di unità di elaborazione che i gruppi di progettazione possono adattare per ottenere prestazioni a livello di sistema senza precedenti

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Misure di protezione per progettare Fpga

Il passaggio dall’integrazione verticale a una struttura basata su un’estesa supply chain di terzi ha portato miglioramenti di costo-

efficacia, ma ha introdotto rischi per gli Oem dell’elettronica. Un rischio particolare dovuto a questa trasformazione è il compito di tutelare la proprietà intellettuale nell’ambito di un progetto. Le persone, le reti criminali e persino i governi sono implicati in tentativi di svelare i segreti dei sistemi elettronici o a scopo di lucro o per compromettere tali sistemi per trarne un vantaggio tattico in futuro. I pirati possono offrire prodotti contraffatti pressoché identici e risucchiare i profitti, i concorrenti possono utilizzare la vostra Ip per avviare attività proprie e gli avversari possono utilizzare le informazioni ottenute da un

sistema per paralizzarlo quando ne intravvedono la possibilità. Il gate array programmabile sul campo è diventato un bersaglio chiave di questi attacchi. Gli Fpga sono ormai largamente utilizzati in sistemi che in passato avrebbero richiesto Asic o microcontrollori cablati. I miglioramenti nella tecnologia di processo hanno aumentato il numero dei gate di milioni; rendendo possibile costruire un sistema completo con un solo Fpga come nucleo centrale. La crescente densità logica consente agli Fpga di fornire il processore e logica personalizzata al resto del sistema. Questa transizione verso soluzioni programmabili ha cambiato il modo in cui i progettisti devono pensare alla sicurezza dei progetti, proteggendo al contempo la proprietà intellettuale e la reputazione della loro azienda.

Reverse engineering e sovraproduzioneVi sono vari modi per compromettere la sicurezza di un progetto. Uno è il “reverse engineering”. Determinando le funzioni logiche di un chip un pirata può duplicare un sistema o aggiungervi altre funzioni per implementare nuovi sistemi venduti come prodotti più avanzati rispetto all’originale. Entrambi gli Asic e gli Fpga sono vulnerabili a questa pratica, ma è possibile utilizzare le funzionalità degli Fpga per rendere molto più difficile il reverse engineering ai concorrenti. Si può ricavare il layout di un Asic decapsulando il dispositivo e gradualmente metterne a nudo gli strati delle interconnessioni metalliche. Benché sia un processo che richiede tempo, i team di reverse engineering possono utilizzare gli strumenti a disposizione per estrarre netlist utili dalle informazioni di layout ottenute con l’analisi distruttiva. Con una Fpga, il reverse engineering non è effettuato per analisi distruttiva, ma estraendo il bitstream dalla configurazione. La tecnologia Fpga più comune in uso oggi si basa su Sram, che è veloce e riconfigurabile, ma deve essere riconfigurata ogni volta che si accende l’Fpga. In genere, si utilizza una memoria di sola lettura programmabile esterna per contenere i dati di configurazione di un Fpga. I dati di configurazione possono essere intercettati e letti durante l’avvio. Sebbene i dati di configurazione non siano interpretabili dall’uomo, si può utilizzare l’analisi automatizzata per ricostruire la netlist a sostegno del reverse engineering della proprietà intellettuale. La capacità di leggere il bitstream di configurazione rende possibili altre due forme di pirateria commerciale: clonazione e

I diversi tipi di Fpga disponibili oggi sul mercato consentono di scegliere il livello di sicurezza del progetto richiesto per qualsiasi tipo di applicazione.

Fig. 1 - Esempio di procedura di elaborazione eseguita da un’unità di elaborazione crittografica


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sovraproduzione. Se un pirata intende solo imitare il progetto per produrre falsi da vendere, la clonazione è il metodo che più probabilmente utilizzerà. Gli Fpga in un dato prodotto sono probabilmente disponibili sul mercato. Questo permette al pirata di ottenere il bitstream della configurazione e programmare la Prom dell’Fpga per produrre un prodotto contraffatto funzionale. La sovraproduzione è strettamente correlata alla clonazione ed è una delle forme più semplici di pirateria da perseguire. La sovraproduzione avviene quando un produttore a contratto crea un numero maggiore dei sistemi richiesti. Dato che i componenti dell’intero sistema saranno probabilmente disponibili da più fonti, il più delle volte è facile per il costruttore ordinare una distinta base completa che riproduca il progetto originale. Il produttore a contratto probabilmente non dovrà estrarre i dati di configurazione dalle Rom su scheda, perché avrà quasi certamente ricevuto le informazioni necessarie dal cliente Oem. Un problema correlato alla sicurezza di un progetto riguarda le funzioni progettate per impedire il furto di servizi. Molti dispositivi elettronici sono progettati per l’utilizzo di transazioni sicure al fine di erogare servizi a pagamento. In molti casi, sono i ricavi provenienti dal servizio a costituire la parte maggiore dei profitti del fornitore. L’hardware stesso può essere venduto a un prezzo uguale o inferiore al prezzo di costo. Per mantenere un flusso di entrate, il fornitore deve assicurarsi che l’utente possa ricevere il servizio solo dopo il pagamento. Se un utente elude i meccanismi di pagamento, causa una grave perdita di profitti e redditività. Se un hacker è in grado di ottenere informazioni dettagliate sull’implementazione della crittografia, avrà una maggiore possibilità di essere capace di decifrare le chiavi crittografiche gestite dal sistema e, di conseguenza, sconfiggere i meccanismi di protezione. Le tecniche di decifrazione della crittografia non si limitano al reverse engineering tradizionale. L’analisi delle informazioni

del canale laterale - consumo energetico o Emi condotte da un dissipatore di calore - può fornire importanti indizi circa la procedura di elaborazione eseguita da un’unità di elaborazione crittografica. (Fig. 1) La tecnica è tanto comune da aver dato adito a una gara tra i ricercatori di sicurezza. Questo concorso finora ha avuto tre edizioni ed era teso a identificare il ricercatore capace di trovare più velocemente una chiave protetta su un sistema standard.

Misure di sicurezza specificheI produttori di Fpga hanno introdotto una serie di misure di sicurezza specifiche al dispositivo per proteggerlo contro le varie forme di contraffazione e per aiutare a prevenire lo sblocco non autorizzato di IP e servizi. La prima linea di difesa per gli Fpga fa fortemente leva sulla crittografia del bitstream. Questo fornisce un ulteriore livello di protezione al di là dell’incomprensibilità del formato del bitstream di configurazione stesso. Gli Fpga prodotti da Altera, Lattice e Xilinx offrono attualmente hardware di decodifica su chip per i dati di configurazione. In genere, il bitstream viene crittografato dal produttore mediante l’algoritmo Aes, basato sull’algoritmo Rijndael. Si tratta di un cifrario a blocchi dati simmetrici a 128 bit, che utilizza chiavi crittografiche a 128, 192 e 256 bit. “Simmetrico” significa che la stessa chiave è utilizzata nella crittografia e nella decrittografia. Ogni blocco in input a 128 bit (un array 2D 4x4 di byte anche definito Stato) passa attraverso una sequenza di quattro trasformazioni del blocco orientate al byte, il numero

di cicli dipende dalla lunghezza della chiave utilizzata; 10 cicli per Aes-128, 12 per Aes-192 e 14 per Aes-256. Le trasformazioni utilizzate sono: sostituzione byte; scambio di riga byte aumentando le quantità da 0 a 3; riordinamento delle colonne all’interno dell’array Stato; aggiunta della relativa chiave del ciclo allo Stato. Durante le fasi di montaggio e di programmazione della scheda, la chiave a 256 bit deve essere scritta nell’Fpga di destinazione. Durante l’avvio, un blocco Aes prende il bitstream, lo decodifica e passa i dati di configurazione alla logica di configurazione. Poiché i dati di configurazione in testo semplice non sono visibili su alcuna delle porte I/O, un pirata non può leggere il flusso. Invece, dovrà investire ingenti risorse per decrittografare il bitstream mediante computer potenti. Gli Fpga differiscono tra loro per il modo in cui memorizzano la chiave. Gli Fpga basati su Sram di basso costo, in genere, consentono di archiviare i dati nella Sram, che richiede alimentazione ausiliaria a batteria per proteggere la chiave quando il sistema viene spento. Gli Fpga basati su Sram più avanzati utilizzano la memoria a programmazione unica o Otp, per archiviare le chiavi, eliminando la necessità di alimentazione ausiliaria a batteria. Un’alternativa alla crittografia consiste nel memorizzare la configurazione sull’Fpga stesso; di conseguenza, l’unica volta in cui il bitstream può essere letto è in fabbrica, quando viene programmato. Alcuni dispositivi, come gli Fpga ECP2 di Lattice includono un blocco di memoria flash su chip che può essere assegnato ai dati di configurazione (Fig. 2). Al momento dell’avvio, i dati di configurazione sono copiati usando solo i bus interni nelle celle Sram che controllano lo stato interno dell’Fpga. La tecnologia utilizzata negli Fpga non volatili di Lattice offre un’elevata sicurezza dello schema di configurazione, offrendo al tempo stesso i vantaggi di una memoria Sram rapidamente riconfigurabile. I dispositivi di Microsemi fanno un ulteriore passo avanti con la tecnologia di configurazione non volatile.

Fig. 2 - Fpga basata su Sram con blocco di memoria flash su chip

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Grazie all’uso di gate antifusibile e flash, non esiste più un bitstream di configurazione da proteggere. Questo non solo offre il vantaggio di essere in funzione subito all’accensione, ma assicura l’assenza di qualsiasi mezzo per leggere il bitstream dopo la programmazione. I dispositivi basati su memoria flash nel portafoglio di Microsemi promuovono una maggiore sicurezza offrendo una serie di opzioni di gestione e archiviazione della chiave (Fig. 3). Queste opzioni consentono di evitare la manomissione che potrebbe compromettere i dati, la sicurezza del servizio o qualsiasi tentativo di analizzare lo stato interno dell’Fpga. Con i dispositivi basati su flash, le chiavi crittografiche possono essere archiviate in maniera permanente senza la necessità di alimentazione ausiliaria a batteria. Diverse architetture basate su flash di Microsemi utilizzano blocchi di protezione per la memoria non volatile. Questa memoria è accessibile in scrittura solo dall’interfaccia di programmazione del dispositivo, non dall’Fpga o, nel caso della famiglia SmartFusion, dal microprocessore su chip. Ciò contribuisce a rendere il dispositivo più resistente contro gli attacchi sferrati sul bus di sistema (una tecnica comune). L’impostazione del bit di blocco sicurezza può, ad esempio, richiedere aggiornamenti successivi per essere crittografato con la chiave corretta. In alternativa, può vietare gli aggiornamenti se non si utilizza prima un codice di sblocco valido. Gli aggiornamenti possono anche essere vietati in modo permanente, rendendo il dispositivo un vero e proprio Otp. La natura segmentata dell’archiviazione

di chiave e password nella famiglia di dispositivi basati su flash di Microsemi consente ai diversi esponenti della supply chain di partecipare alla programmazione del dispositivo in tempi diversi. Questo fornisce modi per gestire la sicurezza in modo efficace nel caso ci si possa fidare ciecamente di soltanto alcuni esponenti della supply chain. Ad esempio, Microsemi può configurare un segmento della memoria flash in fabbrica, utilizzandolo per memorizzare una chiave che consenta di caricare il core di proprietà intellettuale ottenuto in licenza da una terza parte. Il proprietario del progetto può configurare un altro segmento, ad esempio la chiave di decrittografia del bitstream e le opzioni di sicurezza; il produttore può quindi applicare la configurazione al tessuto principale dell’Fpga. Infine, il segmento di Rom flash può essere configurato dall’utente finale, ad esempio, caricando le chiavi

crittografiche a livello di applicazione per controllare l’accesso ai servizi per l’utente. Per la protezione da attacchi contro un sistema in esecuzione, i produttori di Fpga hanno implementato contromisure. Ad esempio, Altera ha una protezione di antimanomissione su diversi Fpga di sua produzione. Se è impostato un fusibile di controllo, il dispositivo accetta solo i bitstream di configurazione crittografati con la chiave corretta (Fig. 4). Ciò impedisce a un utente malintenzionato di cercare di determinare la funzionalità di altre parti del sistema alterando la configurazione dell’Fpga. Anche i dispositivi Stratix, Cyclone e Arria possono essere impostati per monitorare regolarmente la configurazione interna per assicurarsi che corrisponda a un checksum. In questo modo si evita che un utente malintenzionato possa sovrascrivere sezioni della logica per capire come il cambiamento influisca sul comportamento del sistema. I dispositivi Stratix possono anche essere configurati in modo tale che, se la logica di sistema ha funzioni per rilevare la manomissione, generare un comando che azzeri l’intera memoria dell’Fpga, compresa la sua configurazione. Per la protezione contro gli attacchi sul canale laterale, Microsemi ha ottenuto una tecnologia in licenza da diversi specialisti di sicurezza, tra cui Cryptographic Research. L’implementazione Aes dei più recenti dispositivi basati su flash è stata resa molto più resistenti a questo tipo di attacco. Per i clienti è possibile implementare contromisure in licenza per l’uso nelle proprie funzioni di logica sicura. Sebbene gli Fpga possano sembrare più vulnerabili alla clonazione, alla contraffazione e agli attacchi di sabotaggio, i fornitori di silicio hanno reso possibile per i clienti implementare contromisure altamente efficaci. I diversi tipi di Fpga disponibili consentono ora di scegliere il livello di sicurezza del progetto richiesto per qualsiasi tipo di applicazione.

Tony StoreyApplication Engineer

Digi-Keywww.digi-key.it

Fig. 3 - Fpga basata su flash con funzionalità di gestione e archiviazione della chiave

Fig. 4 - Esempio di flusso di configurazione di una chiave crittografica

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128-bit AES Key

128-bit Flashlock®

Passcode

Strong MessageAuthentication

128-bit AESDecryptionMatch?

DecryptedBitstream

JTAGInput

AES EncryptedBitstream

ProgrammingDisabled

PlaintextBitstream

Security Options

Yes/No

Flash Security Segment

FLASH ROM

eNVMFPGAFabric

FLASH RESOURCES

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Guida tecnica sull’evoluzione nel mondo degli alimentatori

XP Power ha presentato la “Guida Essenziale agli Ali-mentatori”. La guida tecnica è scritta per i progettisti

e gli specialisti degli alimentatori, composta da 156 pagi-ne, è facilmente consultabile per la comprensione di tut-ti gli aspetti principali degli alimentatori Ac-Dc, i conver-titori Dc-Dc e la loro integrazione nelle apparecchiatu-re elettroniche di oggi. La guida illustra le recenti modifi-che nelle normative per la sicurezza e l’efficienza energe-tica, inclusi i nuovi requisiti per la marcatura Ce, l’ultima specifica per l’efficienza energetica di livello VI e il Codi-ce di condotta dell’Unione Europea. Inoltre, la guida for-nisce dettagli sul nuovo standard Iec 62368, che ha sosti-tuito l’Iec 60950 nel 2014. Secondo Gary Bocock, l’auto-re della guida e Technical Director in XP Power: “La gui-da può dare un prezioso aiuto ai progettisti a qualsiasi li-vello di esperienza. In essa si ha sia una panoramica generale dei termini e concetti di base, unita a delle considerazioni più approfondite sulla progettazione degli alimentatori Ac-Dc e dei convertitori Dc-Dc “. Sulla base dell’esperienza e delle migliori tendenze del setto-re, la guida descrive i metodi per massimizzare l’efficienza, l’affidabilità e la durata de-gli alimentatori. Questi sono inclusi nei capitoli sulle tecniche di green mode e sul dera-ting degli alimentatori.

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prodotti

di 12, 24 o 28 Vdc. I convertito-ri UWE-12/10-Q12xx-C, gra-zie a caratteristiche quali in-tervallo di tensioni di ingres-so estremamente ampio (4:1) di 9-36V, form-factor "indust-ry standard" compatibile con le specifiche Dosa, basepla-te integrato opzionale ed ele-vata efficienza, sono ideali per sistemi che devono garanti-re un'elevata affidabilità e per apparati che richiedono una batteria di back-up. I converti-tori UWE-12/10-Q12xx-C pos-sono operare con una tensio-ne di ingresso di soli 9V in mo-do da allungare i tempi di sca-rica della batteria nel caso si verifichi un guasto nella sor-gente di alimentazione. Que-sti moduli, caratterizzati da un'efficienza pari al 91%, pos-

sono operare in ambienti par-ticolarmente severi e richiedo-no sistemi di raffreddamento più compatti rispetto a moduli di potenza equivalenti.

CIRCUITI INTEGRATI

CIRCUITO DI PILOTAGGIO PER VENTOLE

Melexis ha introdotto il chip MLX90297, un cir-

cuito integrato di pilotaggio

ventole a singolo avvolgimen-to da 600 mA. Progettato per sviluppare sistemi di raffred-damento efficienti, questo di-spositivo va ad aggiungersi al catalogo di circuiti di pilotag-gio completi per ventole a sin-golo avvolgimenti e rappre-senta l’evoluzione del dispo-sitivo MLX90287. Integra un

sensore ad effetto Hall ad al-ta sensibilità con due poten-ti stadi di uscita a mezzo pon-te. Oltre alla possibilità di im-postare la velocità minima di-rettamente dal chip, è possi-bile regolare con precisione la curva delle velocità inserendo un solo resistore in più. I mec-canismi di avviamento e com-mutazione dolce sono stati ri-finiti allo scopo di ridurre al minimo il rumore acustico e diminuire le vibrazioni alle al-te velocità del motore, senza sacrificare la massima coppia motrice ottenibile. La bassa resistenza di pilotaggio, com-binata con una funzione in-corporata di limitazione della corrente, permette di applica-re questo fan driver a ventole i cui avvolgimenti presentano valori di resistenza sostanzial-mente inferiori a 10 ohm.

COLLABORAZIONI

Microsemi e STMicroelectronics insieme per l’auto elettrica

Microsemi ha avviato una collaborazione con STMicroelectronics su una nuova solu-zione caricabatteria per veicoli elettrici utilizzando il proprio innovativo line driver Plc.

Questo è il primo di una serie di soluzioni destinate agli architetti e progettisti di sistemi che sviluppano soluzioni per l’Internet of Things. La collaborazione iniziale, il modulo per le appa-recchiature di alimentazione di veicoli elettrici con comunicazione vehicle-to-grid e il suppor-to per una vasta gamma di protocolli di rete e delle applicazioni di Tatung, utilizza il driver di li-nea Microsemi Le87501 Plc e il SoC ST2100 STreamPlug di ST, insieme a una nuova mac-china di proprietà Smed (State machine, event-driven) basata su controller di potenza digitale ed è supportata dal software stack OpenV2G.

SCHEDE

Driver SIC Mosfet

Mouser ha re-so disponi-

bili le due schede driver SiC Mosfet PT62SCMDxx di Cree. Proget-tate per gestire i moduli SiC Mo-sfet di Cree CA-S300M17BM2, le soluzioni a singola scheda PT62SCMD12 e PT62SCMD17 sono due driver gate SiC (carburo di sili-cio) Mosfet ottimizzati per garantire le massime prestazio-ni dei moduli SiC. Queste schede sono sviluppate per Cre-e da Prodrive Technologies e sono pronte per la produzio-ne, provviste di tutte le funzioni richieste per un gate driver per moduli Igbt. I due driver SiC Mosfet Cree PT62SCMDxx supportano un’ampia gamma di tensioni di alimentazione da 15 V a 24 V. Le due soluzioni a scheda singola offrono di-verse funzioni di gestione: il PT62SCMD12 è un driver da 1200 V, mentre il PT62SCMD17 da 1700 V. Ciascuna soluzio-ne fornisce un basso jitter a 1 ns, controllo del gate a +20 V/-6 V, frequenze commutabili fino a 125 kHz e correnti di uscita fino a +/- 20 A con elevata immunità dV/dt. Entrambe le so-luzioni non richiedono optoaccoppiatori e comunicano at-traverso un’interfaccia di ingresso RS422.

PREMI

Tdk-Lambda sceglie il partner dell’anno

Conrad Business Sup-plies ha ricevuto il pre-

mio “Partner of the Ye-ar 2013/2014 – Outstanding performance in Sales” as-segnato da Tdk-Lam-bda. Tdk-Lambda è da lun-go tempo un fornitore di Conrad Business Supplies e il premio testimonia l’ec-cellente risultato di vendite ottenuto in tutta Europa nel corso dell’ultimo anno fiscale. Conrad attualmente offre oltre 400 alimentatori e prodotti correlati presenti nella gamma di Tdk-Lambda.

SOLUZIONI PER L’ELETTRONICA DI POTENZA

CONVERTITORI

EFFICIENZA, ISOLAMENTO E RANGE DI TEMPERATURA

XP Power ha introdotto sei nuove serie di conver-

titori Dc-Dc isolati ad elevate prestazioni in confezioni indu-striali standard per Smd. Di-sponibili nelle versioni a sin-

gola o doppia uscita, questi dispositivi compatti di nuo-va generazione sono offerti nella gamma da 0,25 a 3 Watt. Hanno una maggiore efficienza, un maggiore isolamento e un range di temperatura esteso, rispetto ai modelli del-la concorrenza presenti sul mercato. Sono disponibili sia i modelli con uscita regolata che quelli non regolati. Le se-rie ISA, ISE, ISH e ISK offrono uscite non stabilizzate, mentre nelle serie ISR e ISW sono regolate. La versatilità di questi prodotti comprende i modelli ISE e ISA che pos-sono fornire 1 W di potenza con uscita non regolata singo-la o doppia rispettivamente, l'ISH, una versione della se-rie ISE da 2W, e l'ISK che offre 0.25 Watt a singola uscita non regolata.

BATTERIE

Un programma per ottimizzare le batterie

Emerson Network Power presenta un nuovo pro-gramma di ottimizzazione delle batterie per aiuta-

re i provider delle telecomunicazioni a migliorare le prestazioni e la durata delle batterie dei sistemi di alimentazione Dc in ambienti con infrastrutture criti-che. Il programma prevede una combinazione perso-nalizzata di test tradizionali di scarica e dei più avan-zati test di resistenza interna per valutare il buon fun-zionamento delle batterie e l’impatto di vari parame-tri quali tipologia, età, cicli di scarica e temperatura ambiente. Il programma di ottimizzazione delle bat-terie offre quattro soluzioni standard di gestione del-le batterie: da una a basso costo con test predefini-ti a una specifica per i siti più critici. Ognuna di que-ste offerte è studiata per una determinata tipologia di esigenze ed è personalizzabile per soddisfare i re-quisiti specifici dei clienti. Il programma è dinamico e flessibile, con diverse tecniche e frequenze dei test in funzione delle varie esigenze. Alla base, vi è un grup-po di ingegneri qualificati che usano modelli standar-dizzati di raccolta dei dati per riunire in modo sicuro e accurato i risultati dei test e le osservazioni e stilare rapporti. Un gruppo di esperti in batterie di Emerson Network Power analizza le informazioni, consiglia le azioni correttive e sviluppa le future procedure di test per assicurare l’alta disponibilità delle batterie e del-la rete e ottimizzare i costi di manutenzione per il ci-clo di vita delle batterie.

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86Microchip

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giugno 2015SELEZIONE DI ELETTRONICA

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Elevate prestazioni, maggiore integrazione, minor consumo e minore ingombro sono alcune delle caratteristiche della nuova famiglia di digital signal controller di Microchip

che consentono l’implementazione di algoritmi di controllo non-lineari, predittivi e adattivi più sofisticati, a frequenze switching più elevate.

Maggiori prestazioni per applicazioni di digital power

Microchip

La nuova famiglia di Digital Signal Controller dsPIC33EP “GS”, recentemente

presentata da Microchip, è costituita da 14 componenti che offrono le prestazioni richieste per implementare algoritmi di controllo non-lineari, predittivi e adattivi più sofisticati e a frequenze switching più elevate. Questi algoritmi avanzati consentono di progettare alimentatori energeticamente più efficienti e con migliori specifiche di alimentazione. Le frequenze di switching più elevate consentono lo sviluppo di alimentatori di minori dimensioni e che offrono maggiore densità, a costi minori. Come ha spiegato Tom Spohrer, marketing manager della divisione microcontrollori, i nuovi dispositivi dsPIC33EP “GS” offrono, rispetto alla precedente generazione di DSC, una latenza più che dimezzata, quando utilizzati in un compensatore three-pole three-zero, e consumano fino all’80% in meno di potenza in una qualsiasi applicazione. La nuova famiglia dsPIC33EP “GS” dispone di caratteristiche avanzate quali “Live Update Flash”, che risulta particolarmente utile per realizzare sistemi ad elevata disponibilità o “always-on”. Il Live Update può essere utilizzato per modificare il firmware di un alimentatore in funzione, compreso il codice di calcolo del compensatore attivo, e al contempo mantenendo una regolazione continua. Varianti di questa

nuova famiglia di DSC, ottimizzati per le applicazioni di potenza digitale, sono disponibili nel package più piccolo sul mercato, 4 x 4 mm Uqfn per progetti a spazio limitato.

Per alimentatori piccoli ed efficientiTra le altre funzionalità di questa famiglia ci sono fino a cinque Adc da 12 bit con ben 22 input Adc, che forniscono un throughput complessivo di 16 Msps. I dispositivi dsPIC33EP “GS” dispongono di Dac a 12 bit per ognuno dei quattro comparatori analogici, per progetti di più elevata precisione. I due amplificatori di guadagno on-chip programmabili possono essere utilizzati per il rilevamento della corrente e altre misurazioni di precisione. La presenza di questi amplificatori analogici avanzati sul dispositivo riduce il numero di componenti esterni necessari, e di conseguenza

riduce i costi e lo spazio sulla scheda. Queste caratteristiche, combinate con le elevate prestazioni complessive della famiglia dsPIC33EP “GS”, li rende perfetti per un’ampia tipologia di applicazioni, tra cui alimentatori Ac/Dc e Dc/Dc per informatica e telecomunicazioni; inverter solari industriali, illuminazione a Led, illuminazione Hid, carica batterie, proiettori e saldatrici, fari automobilistici a Led e HID, e convertitori Dc/Dc.

Progettazione facilitataLa famiglia dsPIC33EP “GS” è supportata dall’MPLAB Starter Kit for Digital Power che consente di esplorare l’utilizzo dei nuovi dsPIC33EP “GS” nelle più diffuse topologie di conversione digitale di potenza. Il nuovo Digital Compensator Design Tool aiuta inoltre gli ingegneri a calcolare il miglior coefficiente di compensazione per massimizzare le prestazioni dei progetti e, combinato con le librerie di compensazione e gli schemi dsPIC33 royalty-free, rende più facile progettare applicazioni di conversione digitale di potenza. Microchip ha anche collaborato con la società inglese Biricha Digital per offrire una serie di workshop approfonditi dedicati al digital power che aiutano i progettisti di alimentatori digitali, come pure i programmatori di sistemi embedded, a sfruttare le funzionalità di full digital control nei loro progetti.


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Texas Instrumentsin vetrina


88[ www.ti.com ]

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Texas Instruments investe nei dispositivi di potenza e annuncia una serie di soluzioni per la potenza digitale, nuove famiglie di convertitori Dc/Dc

e il primo modulo Fet GaN da 80 V con con gurazione a mezzo ponte.

Innovazioni nella potenza

Texas Instruments

In occasione di un recente incontro con la stampa internazionale, David Priscak, director of power

systems di Texas Instruments, ha illustrato tutte le novità che l’azienda texana mette a disposizione dei progettisti che lavorano in applicazioni di potenza, presentando le ultime proposte nate in seguito ai consistenti investimenti che la società, raccogliendo l’eredità di National Semiconductor, sta facendo nell’ambito dei dispositivi per applicazioni di potenza. Novità che comprendono non solo nuovi prodotti ma anche nuovi strumenti che facilitando la progettazione dei prodotti di potenza.

Un convertitore step-down sincrono Fly-BuckTra i nuovi prodotti presentati da Priscak va sicuramente segnalato il nuovo convertitore LM5160A che incrementa la potenza in uscita, aumenta la densità di potenza e sempli ca i progetti con uscite multiple per applicazioni in ambito industriale e automobilistico e nelle smart grid. Si tratta del primo convertitore step-down sincrono da 65 V con alimentazione a polarizzazione isolata no a 15 W, senza bisogno di un optoaccoppiatore. Parte dell’innovativa famiglia Fly-Buck di TI, l’LM5160A aumenta la densità di potenza e risponde alle richieste di maggiore potenza con una soluzione più ef ciente e af dabile per applicazioni in ambito industriale e automobilistico, ad esempio azionamenti per motori Ca trifase, controllori a logica programmabile, contatori intelligenti, infrastrutture di rete elettrica o energie

rinnovabili, automazione di fabbrica, telecamere IP con alimentazione via Ethernet e veicoli elettrici. Il convertitore LM5160A offre un controllo on-time costante che non

richiede compensazione del loop e supporta rapporti elevati di step-

down con risposta veloce ai transitori. Il convertitore

innovativo, che supporta un’ampia tensione di

ingresso da 4,5 V a 65 V, può generare canali di alimentazione con polarizzazione positiva e negativa in progetti non isolati, o uscite

isolate singole e multiple, riducendo gli ingombri e

sempli cando il progetto rispetto alle soluzioni yback tradizionali. Abbinato agli strumenti di progettazione online Webench, l’LM5160A accelera il time-to-market di progetti Cc/Cc ad alta potenza.

rinnovabili, automazione di fabbrica, telecamere IP con alimentazione

richiede compensazione del loop e supporta rapporti elevati di step-

down con risposta veloce ai transitori. Il convertitore

innovativo, che supporta un’ampia tensione di

ingresso da 4,5 V a 65 V, può generare canali di alimentazione con polarizzazione positiva e negativa in progetti non isolati, o uscite

isolate singole e multiple, riducendo gli ingombri e

sempli cando il progetto rispetto alle soluzioni yback tradizionali. Abbinato agli strumenti di progettazione online

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89Il nuovo convertitore Fly-Buck si aggiunge alla consolidata gamma Cc/Cc di TI. TI offre anche parecchi dispositivi con architettura Fly-Buck, come il convertitore LM5017 che supporta tensioni d’ingresso no a 100 V.

Un prototipo di stadio di potenza FET GaN L’impegno di Texas Instruments non si esaurisce in nuovi prodotti per la conversione della potenza ma va oltre, come dimostra un nuovo approccio basato sulla tecnologia GaN. “I progetti con tecnologia GaN sono stati frenati principalmente dalle incertezze nel controllo dei Fet GaN e dalle relative capacità parassite dovute al packaging e al layout del progetto,” ha spiegato David Priscak. “Aiutiamo i progettisti di sistemi di potenza a sfruttare tutto il potenziale della tecnologia GaN offrendo un ecosistema completo e af dabile per la conversione di potenza, costituito da moduli, driver e controllori in alta frequenza, in un package avanzato di facile progettazione.” Texas Instruments ha presentato il primo prototipo di stadio di potenza integrato da 80 V e 10 A con transistor a effetto di campo al nitruro di gallio, costituito da un driver ad alta frequenza e due

Fet GaN in con gurazione a mezzo ponte: tutto confezionato in un package Qfn (Quad at no-leads) di facile progettazione. Il nuovo stadio di potenza Fet GaN LMG5200 contribuirà ad accelerare l’adozione della nuova generazione di soluzioni per la conversione di potenza con tecnologia GaN, che offre maggiore densità ed ef cienza in applicazioni ad alta frequenza in spazi ristretti nel campo industriale e delle telecomunicazioni.

Realizzare i vantaggi del GaNSolitamente i progettisti che usano Fet GaN che commutano a frequenze

elevate devono prestare attenzione al layout della scheda per evitare effetti di ringing e interferenze elettromagnetiche. Il prototipo di doppio stadio di potenza LMG5200 a 80 V di TI semplifica notevolmente il loro compito, aumentando al tempo stesso l’efficienza dello stadio di potenza attraverso la riduzione delle induttanze parassite del packaging nel loop critico del gate-drive. LMG5200 utilizza una tecnologia di packaging multichip avanzata ed è ottimizzato per supportare topologie di conversione di potenza con frequenze fino a 5 MHz. Il package Qfn da 6x8 mm di facile utilizzo non richiede underfill, semplificando notevolmente la produzione. L’ingombro ridotto aumenta il valore della tecnologia GaN e favorirà l’adozione di progetti GaN in molte nuove applicazioni, dalla carica wireless ad alta frequenza alle applicazioni a 48V in ambito industriale e telecomunicazioni.


FUNZIONALITÀ E VANTAGGI DELL’LMG5200

•Densità di potenza elevata - Il primo stadio di potenza integrato a 80 V con tecnologia GaN e con gurazione a mezzo ponte riduce le perdite di potenza del 25% rispetto ai progetti con sili-cio, consentendo l’utilizzo di un unico stadio per la conversione;• Massima af dabilità - Programma di qualità completo speci co per GaN per la massima af dabilità;• Minima induttanza parassita - L’induttanza parassita minima del packaging nel loop critico del gate-drive aumenta l’ef cienza dello stadio di potenza e l’immunità dV/dt, riducen-do le interferenze Emi;• Layout e fabbricazione sempli cati - Il package Qfn non richiede under ll per garantire la separazione dell’alta tensione, migliorando così la fabbricabilità della scheda e riducendo i costi.

Fet GaN in con gurazione a mezzo ponte: tutto confezionato in un

(Quad at no-leads) di facile progettazione. Il nuovo

GaN, che offre maggiore densità ed ef cienza in applicazioni ad alta frequenza in spazi ristretti nel campo

elevate devono


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batterietecnologie

Costruzione di un simulatore elettronico di batterie

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Un simulatore da 24 celle può essere realizzato in uno chassis fissabile a un rack 2RU completo di un alimentatore di alta potenza da 12 V e fornisce tensioni regolabili con precisione nell’intervallo da 1,9 a 4,2V con escursione di ±6A.

Molti nuovi prodotti incorporano batterie al litio a causa delle loro elevate prestazioni e leggerezza; e quando si realizzano molte

delle applicazioni più complesse è necessario collegare una moltitudine di celle per ottenere la tensione di esercizio desiderata dalla batteria, spesso uguale a centinaia di volt. Poiché le celle al litio causano facilmente effetti dannosi se vengono sovraccaricate o si scaricano eccessivamente, le batterie ottenute collegandole in serie incorporano sistemi di monitoraggio del potenziale di ciascuna cella per prevenire questi problemi. Per sviluppare questi sistemi di monitoraggio multicella occorre un metodo comodo di “stimolazione” dei circuiti per verificare l’efficacia degli algoritmi di regolazione e protezione. Lo stimolo ideale sarebbe costituito dalle celle stesse, ma in tal caso variare lo stato di carica per avviare azioni funzionali diverse nel sistema di monitoraggio della batteria sarebbe un processo lento e scomodo. Spesso si utilizzano più alimentatori da laboratorio, ma questa è una soluzione molto costosa. Quindi per eseguire semplici test funzionali, spesso ci si limita a polarizzare serie di resistori per simulare le celle in modo elementare. Tuttavia le serie di

resistori hanno limitazioni notevoli poiché presentano una resistenza piuttosto elevata al generatore, e quindi introducono nel sistema artefatti che non rappresentano le celle effettive. Ma anche impiegando alimentatori dedicati, se il sistema da analizzare richiede un bilanciamento attivo delle celle, gli alimentatori devono funzionare con correnti di carica virtuali (ossia, con inversione della corrente). In sostanza, è desiderabile un metodo che consenta di disporre di molteplici simulatori compatti di celle ai fini di facili misure in laboratorio della funzionalità di un sistema

di monitoraggio della batteria. Un altro aspetto utile di un simulatore di batterie è che un tale dispositivo è facilmente trasportabile per via aerea per operazioni in luoghi lontani dal laboratorio, mentre una reale batteria a celle di litio in genere deve essere spedita via mare.

Scelta di un circuito praticoLa principale caratteristica necessaria è un’impedenza del generatore bassa e funzionamento a due quadranti (tensione positiva ma corrente bidirezionale, per poter simulare sia la direzione di carica che quella di scarica). Inoltre occorre isolare i vari simulatori di cella per poterli collegare

batterie

in serie, come nella batteria effettiva; quest’ultimo requisito suggerisce l’uso di trasformatori e per ottenere un circuito compatto, un’architettura a commutazione. Una particolare topologia di commutazione - il convertitore yback sincrono - offre sia l’isolamento che il funzionamento a due quadranti. In un semplice convertitore yback impiegato come ampli catore di tensione, un interruttore “low-side” funziona a un duty cycle che determina la corrente di uscita su una sezione dell’uscita, come illustrato nella Fig. 1. In questo circuito ideale, il diodo di raddrizzamento conduce nell’intervallo in cui l’interruttore è aperto e consente alla corrente di uscita di circolare nell’induttore mentre l’energia magnetica viene trasferita al condensatore di uscita in una sola direzione. Durante la regolazione, l’interruttore è sottoposto a una tensione di picco di yback dV superiore ai 12 V del generatore, dove nella maggior parte dei progetti dV è dell’ordine della tensione di alimentazione. Per isolare il convertitore, sostituiamo l’induttore con un trasformatore come illustrato nella Fig. 2, af nché l’uscita compaia al secondario. Sebbene l’uscita sia stataisolata, l’energia magnetica viene trasferita esattamente come nel caso dell’induttore. Il rapporto di spire N del trasformatore viene scelto in modo da ottimizzare il funzionamento con le speci che tensioni di ingresso e uscita desiderate. Anche in questo caso, l’interruttore viene sottoposto a una tensione di picco di yback dV superiore ai 12 V del generatore. Si noti che questo circuito non può impedire che la tensione di uscita sia portata oltre il valore pre ssato da una corrente esterna (questo circuito consente solo un quadrante di funzionamento). Si crea allora una versione sincrona, in cui il raddrizzatore viene sostituito da un altro interruttore, come illustrato nella Fig. 3. Ciò comporta due vantaggi: si migliora l’ef cienza, poiché l’interruttore dissipa meno potenza di un diodo in conduzione diretta, e si crea un secondo quadrante di funzionamento poiché ora il circuito è simmetrico. Questo circuito può accettare una corrente inversa nel secondario che induce nel primario una corrente di yback verso l’alimentatore, per cui l’uscita rimane al valore pre ssato anche in presenza di una corrente di uscita invertita. Bisogna tenere presente la possibilità che il generatore del circuito potrebbe a sua volta essere percorso da una corrente inversa se la cella simulata è ‘caricata’ in misura notevole (corrente circolante verso la tensione di uscita positiva). Poiché le uscite sono tutte

Fig. 1 - Circuito yback di base che genera un innalzamento di tensione pari a dV volt

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isolate, la potenza del generatore può essere condivisa fra un numero qualsiasi di circuiti, per cui un singolo alimentatore di potenza adeguata può erogare comodamente la corrente necessaria all’intero array. Una tale connessione dell’array unifica inoltre le perdite del circuito parassita e quindi è improbabile che il generatore sia percorso da una corrente inversa durante l’uso normale (ossia, fintantoché la potenza di ‘carica’ netta è minore delle perdite di funzionamento complessive).

Il circuito idealeUn circuito integrato particolarmente adatto per un tale convertitore è l’LT3837 di Linear Technology. In genere questo circuito viene impiegato per applicare tensioni basse, da batteria, a numerosi amplificatori da molte linee di alimentazione principale a tensione più alta. L’unica differenza per la funzione simulatore di cella è che sarebbe auspicabile una tensione di uscita regolabile. Poiché gli

alimentatori di alta potenza pronti all’uso sono disponibili a 12 V, si può ottimizzare il progetto per utilizzarli come generatore. Dato che la gamma di composizioni chimiche delle celle al litio va da poco meno di 2 V a poco più di 4V, è possibile stabilire un corrispondente intervallo di regolazione che offre un utilizzo versatile e la possibilità di simulare un’ampia gamma di stati di carica. La Fig. 4 mostra una sezione di un array con i dettagli di tutti i componenti. Per consentire la regolazione, la rete di retroazione può funzionare con il segnale di regolazione di un amplificatore operazionale tale che zero volt e 3V corrispondano, rispettivamente, a un’uscita pari a circa 4,2 e 1,9 V. Per consentire una regolazione adeguata, si configura il circuito di ciascuna cella dotandolo di una manopola micrometrica e poi un set di array viene regolato in gruppo con un circuito di regolazione approssimata

e uno di regolazione di precisione (il segnale di regolazione principale, Mctl può essere collegato a numerose sezioni del convertitore). Per i valori illustrati, la tensione di uscita per la regolazione approssimata di gruppo è pari a circa ±0,9 V, la tensione per la regolazione di precisione di gruppo è pari a circa ±0,15 V e le manopole micrometriche delle celle consentono circa ±0,1 V, per cui nel complesso si ottiene l’intervallo desiderato massimo (la regolazione con manopola micrometrica è resa disponibile a scapito della possibilità di eseguire un’inter-regolazione delle celle ai limiti massimi). Tutti i circuiti di regolazione sono alimentati dalla tensione di 3,3 V ricavata dalla tensione di 12 V dell’alimentatore di alta potenza. Per la regolazione di tensione computerizzata, i segnali dell’amplificatore operazione possono essere sostituiti con convertitori A/D come l’LTC2668 a 16 canali. Q101 e T100 sono gli elementi principali di flyback, mentre Q102 è il raddrizzatore sincrono. Per ottenere la regolazione veloce e isolata di Q102, il gate è comandato da T101 attraverso i buffer di corrente Q103 e Q104. Il segnale di retroazione viene prelevato da un avvolgimento ausiliario di T100. All’uscita è incluso un resistore in serie da 10mΩ in modo da rendere possibili misure del segnale di rilevazione della corrente eseguendo connessioni a quattro morsetti con un voltmetro (utilizzando i segnali I+ e I-). L’impedenza di uscita totale del circuito è uguale a circa 25 mΩ e assicura un’ottima escursione di ±6 A. Le perdite statiche sono pari a circa 1 watt per cella, per cui con un array di 24 celle, la probabilità di un’inversione nell’alimentatore a 12 V è minima e il livello di potenza è regolabile adeguatamente per l’uso con un alimentatore da 12 V/300 W immediatamente disponibile, come il SWS300-12 di TDK-Lambda.

Jon MunsonApplications Engineer

Linear Technologywww.linear.com

Fig. 4 - Lo schema completo del simulatore di cella

Fig. 2 - Circuito flyback di base isolato che genera dV/N volt

Fig. 3 - Un circuito flyback isolato sincrono consente una corrente bidirezionale

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batterie


convertitoritecnologie di Mihnea Rosu

Un micro per progettare convertitori Buck e Boost

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Per creare convertitori Buck e Boost a controllo completamente analogico per la regolazione di uscita risparmiando la potenza del processore per altri compiti può esser usato un nuovo microcontrollore.

La possibilità di realizzare sia un alimentatore Buck sincrono che uno Boost con controllo 100% analogico della regolazione di uscita può

essere messa in pratica utilizzando un unico microcontrollore. In entrambi i casi, l’implementazione ha il vantaggio

di non utilizzare del tutto la potenza del processore, lasciando il core libero per il firmware più complesso. Inoltre, il loop analogico ha un tempo di risposta più veloce nel caricare variazioni di step e della tensione di input, rendendo ciò utile per moltissime applicazioni.

Il microcontrollore in questione è il PIC16F753 di Microchip. Il converter Buck e quello Boost necessitano dello stesso set di periferiche: un generatore complementare di output; comparatore; amplificatore operazionale; convertitore a 9 bit analogico-digitale; tensione di riferimento fissa; modulo di slope compensation; e modulo Pwm di capture and compare. Le periferiche dovrebbero essere connesse internamente attraverso il firmware, riducendo il numero di pin esterni necessari.

Schemi elettrici Il range operativo di ingresso per i convertitori Buck va da 8 a 16 Vdc. I valori di uscita sono 5 Vdc, 2 A e 10 W. La dimensione codice è 105 words, dimensione Ram 0byte, dimensione codice disponibile 1943 words e dimensione Ram disponibile 128 byte. Efficienza misurata a 2 A pari al 94%. In Fig. 1 è rappresentato lo schema a blocchi di un alimentatore Buck sincrono. La tensione di uscita dovrebbe essere regolata utilizzando il peak current mode control e comparata con la tensione di riferimento dall’amplificatore operazionale di errore. Il risultato può quindi alimentare il comparatore di corrente di picco. Il modulo di compensazione slope interno sottrae una rampa programmabile software dall’uscita dell’amplificatore d’errore prima del comparatore di corrente di picco. Il modulo Pwm capture and compare Ccp offre una frequenza fissa,

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segnale di controllo del duty cycle fisso e l’uscita del comparatore di corrente di picco è selezionato come seconda origine (level-based) per il margine di caduta del Cog (Complementary output generator). Il convertitore Boost lavora nello stesso modo e il suo diagramma a blocchi è mostrato in Fig. 2. Ci sono però alcune differenze nelle specifiche. In questo caso, il range di tensione di ingresso è tra 3 e 5 Vdc. I valori di uscita sono i medesimi, come pure la Ram. La dimensione codice è di 99 parole e la dimensione codice disponibile è di 1949 parole. L’efficienza a 2 A è pari all’87%.

Modalità di funzionamentoDopo che le periferiche siano state configurate e connesse tra di loro, il loop di controllo girerà da solo, non richiedendo tempo da parte del

processore. Gli schemi di controllo della corrente di picco richiedono una compensazione slope per duty cycle oltre il 50 per cento per evitare l’oscillazione. Per duty cycle più bassi, inferiori, la compensazione slope aiuterà anche a stabilizzare il loop di controllo se la corrente di shunt è piccola. Il PIC16F753 ha un modulo di

compensazione slope interno che può essere utilizzato per sottrarre una rampa programmabile dall’uscita dell’amplificatore d’errore prima che questo alimenti il comparatore di corrente di picco. Per alimentatori switching sincroni, un piccolo dead time per i segnali di controllo dei transistor è necessario, per evitare il current shoot-through. I Cog possono generare questo segnale basato o sulla frequenza dell’oscillatore o su una catena di ritardo analogica. La catena di ritardo consente all’utente di impostare i dead time con una risoluzione di 5 ns, più adeguati a piccoli transistor. Per questa applicazione presa in esame, il dead time era impostato a 30 ns.Per la topologia Buck, la corrente dell’induttore è uguale alla corrente di carico. Per essere in grado di misurare la corrente di picco dell’induttore

utilizzando un low-side shunt, alcune modifiche erano necessarie. Normalmente, lo shunt vede la corrente filtrata di output che non è utilizzabile nello schema di controllo della corrente di picco. Collegando a terra il condensatore d’uscita attraverso lo shunt, l’Esr è maggiore ma la forma d’onda risultante coincide strettamente con la forma d’onda

dell’induttore. L’aspetto negativo di questo metodo è l’efficienza leggermente inferiore, ma un high-side shunt normalmente richiede un circuito addizionale (current mirror o IC specializzato), che quindi si aggiunge ai costi. Per la topologia Boost, la corrente dell’induttore è uguale alla corrente di ingresso. La corrente di picco dell’induttore veniva misurata direttamente su una resistenza posta tra il transistor sorgente e terra.

Input e OutputLa limitazione della corrente output non è integrata nel loop di controllo ed un secondo comparatore dovrebbe essere utilizzato per questo e selezionato come sorgente di auto-shutdown per il Cog. L’uscita dell’amplificatore di errore è il limite di corrente di picco dell’induttore, quindi tenere questo valore basso attraverso un divisore a resistenza è d’aiuto nei problemi di inrush current e condizioni catastrofiche di corto circuito. L’aspetto negativo di questo approccio è che il guadagno di sistema è ridotto e quindi risponderà più lentamente ai transienti. Il pin di uscita dell’op amp è lo stesso pin di ingresso del modulo di compensazione slope, quindi le due periferiche possono essere utilizzate insieme senza alcuna connessione aggiuntiva esterna. Se si utilizzano divisori a resistenze per limitare la tensione di uscita dell’op amp, questo deve essere collegato esternamente al pin di ingresso del buffer della Fvr (Fixed voltage reference). Le tensioni di ingresso dei convertitori Boost dovrebbero essere connesse al microcontrollore utilizzando un piccolo diodo e legate all’output. Perciò, quando la tensione di uscita sale alimenterà il microcontrollore e driver del Mosfet. Questo è più efficiente poiché un più elevato Vgs migliorerà l’Rds(On) e l’intervallo sotto i 4,5 V è problematico per la maggior parte dei transistor di potenza. Ciò fa del Fvr il solo riferimento stabile disponibile, ed il circuito richiede solo poche modifiche per assicurare che la tensione di riferimento del loop sia sempre indipendente dall’alimentazione o dalla tensione di uscita. Dato che la tensione di riferimento del loop di controllo è derivata dal Dac, questa

Fig. 1 - Diagramma a blocchi di un alimentatore Buck

Fig. 2 - Diagramma a blocchi del convertitore Boost

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periferica ha anche bisogno un riferimento stabile. L’Fvr di 1,2 V era stato selezionato come riferimento Dac, soddisfacendo quindi a tutti questi prerequisiti. La topologia Boost ha un chiaro percorso Dc dall’alimentazione all’output, attraverso l’induttore e il diodo rettificatore, persino se il transistor switching fosse bloccato. Il loop di limitazione della corrente può solo prevenire sovracorrenti fino a che la frequenza switching non diventi zero. Da questo punto in avanti, eventi di corto circuito catastrofici possono accadere senza un commutatore addizionale di protezione. Un secondo transistor può essere posizionato sull’output low side per tagliare il carico in caso di corto circuito. Per protezioni da corto circuito basate su comparatore, il riferimento deve essere stabile attraverso tutto il range di tensioni operative. Poiché la output shunt voltage corrente è solitamente troppo piccola per essere utilizzata con Fvr a 1,2 V direttamente, ha bisogno di essere collegato esternamente attraverso il buffer Fvr e quindi attraverso un divisore resistivo per ottenere la tensione di riferimento desiderata per il comparatore. Dato che il buffer Fvr è utilizzato in questo modo, l’uscita dell’op amp deve essere usata direttamente con il modulo di compensazione slope, senza un divisore addizionale. Questo non utilizza alcuna risorsa da parte del processore ma utilizza anche più pin e periferiche. Per protezioni da corto circuito Adc-based, la current shunt voltage e le Fvr vengono letti nel firmware. La tensione Fvr è

necessaria per calcolare il Vdd (quando inferiore a 5 V), che in questo caso è la tensione di riferimento Adc. Sebbene ciò non utilizzi un extra comparatore, pin di I/O o resistenze esterne, sarà necessario un piccolo spazio di programma e di tempo del processore. Il convertitore deve essere compensato per uno specifico carico e la stabilità deve essere verificata attraverso l’intero range si condizioni operative. Se paragonato all’utilizzo di un chip di controller Pwm specializzato, le prestazioni sono simili ma un microcontrollore PIC aggiunge flessibilità. Inoltre, il loop di controllo analogico gira in maniera autonoma, e in questo modo il core del microcontrollore è totalmente libero di eseguire algoritmi dell’utente, misurare parametri di alimentazione o trasmettere informazioni rilevanti.

ApplicazioniIl loop di controllo analogico rende l’alimentatore abbastanza veloce per le variazioni di carichi dinamici e tensioni di ingresso. Per carichi controllati dalla corrente come Led o celle termoelettriche, il feedback della tensione può essere rimpiazzato dal feedback del valore medio di corrente. L’alimentatore può anche essere utilizzato per applicazioni che richiedono controllo sia della tensione che della corrente, come ad esempio i carica batterie Cc e Cv. Il PIC16F753 ha una risoluzione di 9 bit, che si traducono in un gradino di tensione minima di 20 mV con un divisore per due dell’uscita per il convertitore Buck e 50 mV con un divisore di uscita

per cinque per il convertitore Boost. L’applicazione ha bisogno di un op amp, un comparatore e un Dac. L’uscita Dac può essere collegata internamente verso l’op amp, e in questo modo risparmiare un pin. Il modulo Ccp genera una frequenza fissa, segnale fisso di duty cycle per il Cog. A seconda delle opzioni utente per limitare l’output Opa, il divisore resistivo ha bisogno di essere connesso esternamente all’input del buffer Fvr. Ove non fosse in uso un divisore resistivo, solo un pin viene utilizzato anziché due. In questo caso, l’output dell’op amp, che è lo stesso ingresso del modulo di compensazione slope, è configurato come un pin analogico e non dovrebbe essere utilizzato per altri usi. Il pin digitale input-only può essere utilizzato per un pulsante o per funzionalità analoghe. Durante il run-time, il pin di ingresso di programmazione dati e due altri pin sono disponibili per funzionalità user-specific.

Convertitori Boost alternativi Gli alimentatori Boost a controllo digitale possono anche essere realizzati utilizzando il PIC12F1501. Questo ha una buona efficienza con i carichi leggeri, protezione hardware da sovracorrente e utilizza un limitato numero di componenti. Le periferiche necessarie sono due canali Adc 10bit, un Fvr, comparatore, oscillatore numericamente controllato e generatore di forma d’onda. Le periferiche sono connesse internamente attraverso il firmware, riducendo il numero di pin esterni a tre. Lo schema a blocchi di riferimento è mostrato in Fig. 3. La tensione e corrente di uscita vengono regolati utilizzando un loop di controllo proporzionale. I valori di uscita vengono letti utilizzando due canali Adc e il segnale di controllo è regolato di conseguenza. L’oscillatore controllato numericamente utilizza impulsi fissi nel tempo con frequenza variabile per regolare la modulazione di frequenza degli impulsi del duty cicle.

Mihnea RosuMicrochip

www.microchip.com

Fig. 3 - Diagramma a blocchi di un alimentatore Boost a controllo digitale

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convertitori


di Frank Bidwell

alimentatoritecnologie

Alimentatori digitali verso analogici

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Gli alimentatori stanno iniziando oggi ad adottare la tecnologia digitale per offrire funzioni di monitoraggio e controllo. Trovare il giusto equilibrio tra analogico e digitale senza aggiungere costi e complessità può essere però difficoltoso.

L’efficacia del sistema, il monitoraggio dello stato di funzionamento e l’efficienza energetica richiedono che

l’alimentatore sia monitorato e controllato, e, anche se concettualmente far ciò in digitale esiste da tempo, molti ingegneri, a causa della progettazione sempre più complessa, stanno iniziando ad indagare sui benefici che l’integrazione di un controllo digitale porterebbe nel loro sistema. Il progettista esaminando le possibilità del digitale per il controllo e monitoraggio di un alimentatore Ac-Dc può essere attirato dalla prospettiva di avere un accesso a un elevato livello di informazioni, rispetto a un sistema analogico e in più la capacità di controllare l’uscita digitalmente. Tuttavia, queste funzioni sono a discapito di una maggiore complessità del sistema.

Analogico verso digitaleIl controllo digitale offre indubbiamente un maggiore livello di flessibilità. Gli alimentatori possono essere accesi e spenti a distanza, possono essere impostati i limiti di tensione e di corrente di uscita e possono essere abilitati gli

allarmi sul raggiungimento di questi livelli. Gli alimentatori digitali possono fornire informazioni, quali ad esempio la temperatura e le prestazioni della ventola, per aiutare a prevedere i guasti. Il controllo digitale può anche facilitare la calibrazione, i parametri possono essere programmati invece di essere tarati con potenziometri in un alimentatore analogico. Come svantaggio, il pieno controllo digitale di un alimentatore comporta molti parametri di funzionamento e può essere estremamente complesso. Richiede un Dsp con sofisticati software, che possono essere difficili da creare.Al confronto, il controllo analogico, essendo stato usato per 50 anni, è un metodo testato e comprovato. Gli alimentatori analogici sono affidabili e meno soggetti a difetti, anche se hanno una flessibilità limitata. I parametri sono definiti in fase di progettazione e non possono essere modificati in seguito. Mentre lo stato può essere monitorato, il controllo è di solito limitato a un solo parametro; con un alimentatore digitale, di solito ci sono una vasta gamma di situazioni con molteplici possibilità basate su tali scenari, seppur limitate alla velocità del processore.

Trovare il giusto equilibrioTrovare un compromesso tra analogico e digitale può essere difficile. L’approccio di XP Power per trovare un equilibrio tra i due campi è quello di utilizzare un controller Pwm analogico testato e comprovato con l’aggiunta di un’interfaccia digitale, per creare la flessibilità nella comunicazione. In un tipico progetto XP, un Pwm analogico controlla la tensione di uscita in tempo reale, e un microprocessore la monitora e la regola. La scheda di controllo digitale può creare artificiosamente diversi stati di funzionamento combinando i segnali di controllo e stato dei singoli parametri, consentendo una maggiore flessibilità rispetto al solo il controller analogico. Questo livello di controllo si adatta alla maggior parte dei clienti che danno priorità a una soluzione più efficace ed economica. Il controller Pwm analogico ha il vantaggio di eliminare certi tipi di inaccuratezze relativi ai progetti in digitale. Ad esempio, i segnali campionati con un Adc per il Dsp possono introdurre errori di aliasing. Inoltre utilizzando un Dsp per controllare l’uscita si potrebbero presentare anche jitter nel segnale Pwm, che causano subarmoniche nell’uscita che potrebbero comportare problemi di Emi nell’applicazione. L’utilizzo di un Pwm analogico evita efficacemente questo. Tuttavia, poiché la frequenza del Pwm analogico è impostato dall’hardware, questa non può essere regolata. Inoltre, fissare il controllo ad anello significa che questo

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non può essere ottimizzato nel caso di condizioni differenti senza cambiare componenti.

L’importanza della comunicazioneIl protocollo di comunicazione più utilizzato per il controllo digitale degli alimentatori è il PMBus, uno standard industriale ben definito allo scopo di rendere gli alimentatori plug-and-play, così da poter progettare l’interfaccia dal dispositivo finale senza nemmeno vedere l’alimentatore. Mentre è possibile controllare un alimentatore digitale utilizzando un Can bus o l’Ethernet per esempio, questi richiedono molto più tempo per sviluppare i protocolli da utilizzare in ogni applicazione specifica. Il PMBus è molto più semplice. È dotato di una interfaccia relativamente semplice (due linee di I/O), che contribuisce a rendere l’hardware di dimensioni ridotte, e inoltre ha solo tre livelli di stack del PMBus, rispetto a 10 o 12 per una implementazione con Ethernet. Per questo motivo, i progettisti che hanno poco tempo, e quelli senza una profonda esperienza nel networking o con poche risorse spesso scelgono PMBus. Oltre al monitoraggio e al controllo, l’interfaccia PMBus consente diverse funzioni aggiuntive. Un esempio è nella ricarica della batteria, poiché la corrente di uscita e la potenza in uscita sono monitorate, una batteria può essere caricata direttamente dall’alimentatore, senza bisogno di un’interfaccia esterna. Può anche essere implementata una sequenza di alimentazioni differenti utilizzando un alimentatore con uscite multiple, attivandole o disattivandole in un particolare momento o in una particolare sequenza determinata dal sistema.

Applicazioni realiAd esempio, il GFR1K5, un Ac-Dc front end per montaggio su rack 1U da 1500 W di XP Power, utilizza una interfaccia PMbus con una struttura di comando molto semplice per dare un pratico controllo funzionale. L’uscita può essere attivata e disattivata, e può essere impostata la sovracorrente massima; a livello

hardware questa è il 110-140% della Inom, ma con il firmware si può impostare lo spegnimento dal 105 allo 0% della Inom. La risposta a questo comando di spegnimento del firmware può essere anche specificata (farà entrare l’alimentatore in modalità latch off o hiccup con un numero selezionabile o continuo di tentativi di riaccensione). L’interfaccia PMBus consente inoltre una funzione di controllo: sono disponibili informazioni sulla tensione di uscita, corrente di uscita e temperatura, e per gli allarmi possono essere impostati facilmente dei bit di dati utilizzando l’interfaccia. Inoltre si possono ottenere altre informazioni quali il codice del modello, il numero di serie (utile in un sistema con molti alimentatori) e il suo runtime. Un ulteriore passo avanti nel controllo digitale si ha

nella serie EMH di Ac-Dc da 250 e 350 W, progettati per l’It e i dispositivi medicali. In aggiunta alle funzioni di controllo e monitoraggio che si hanno nel GFR1K5, questo alimentatore ha la capacità di trimmerare la tensione di uscita del +/-10% della Vnom. Anche la massima corrente di uscita può essere regolata (50-110% in modalità corrente costante). Questo dispositivo, nella versione con integrata in alto la ventola, può anche monitorare lo stato della ventilazione del dispositivo. Viene monitorata la velocità della ventola e se rallenta o si ferma, il bit di errore, che indica lo stato della ventola, viene settato alto.

Frank Bidwell Director of Engineering

XP Powerwww.xppower

Fig. 1 - L’alimentatore Ac-Dc serie EMH350 da 350 Watt a doppia uscita di XP Power

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alimentatori


agendaFiere e Convegni

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ELECTRONIC ASIAInternational Trade Fair for Components, Assemblies

and Electronics Production13 – 16 ottobre 2015, Hong Kong (Hong Kong)

www.hktdc.com/fair/electronicasia-en/electronicAsia.html

ALEEXInternational Trade Fair for Electronics Manufacturers and Suppliers

14 – 17 ottobre 2015, Guangzhou (Cina) www.aleex.cn/LE/en-index.php

OUTSOURCING FAIROutsourcing Fair

14 – 15 ottobre 2015, Varsavia (Polonia) www.outsourcingtargi.pl/en/

PHOTONEXPhotonics, Lasers & Optical Instrumentation International Trade Show.

14 – 15 ottobre 2015, Coventry (Regno Unito) www.photonex.org/

ILOPEChina International Lasers, Optoelectronics and Photonics Exhibition.

14 – 16 ottobre 2015, Pechino (Cina) www.ilope-expo.com

SIANEIndustrial Fair for the South of France20 – 22 ottobre 2015, Tolosa (Francia)

www.salonsiane.com

EMBEDDED CONFERENCE SCANDINAVIAEmbedded Conference Scandinavia

3 – 4 novembre 2015, Stoccolma (Svezia) www.embeddedconference.se

DESIGN & MANUFACTURING - MIDWESTDesign & Manufacturing Exhibition

4 – 5 novembre 2015, Minneapolis (Usa) www.canontradeshows.com

RTECC Real-Time & Embedded Computing Conference

5 novembre 2015, Seattle (Usa) http://rtecc.com

PHILTRONICSInternational Electronics, Semiconductor, Smt and Pcb Manufacturing

Technology, Supplies, Accessories and Services Exhibition5 – 7 novembre 2015, Manila (Filippine)

www.globallinkmp.com

MATELECInternational Exhibition of Electrical and Electronic Equipment

10 – 13 novembre 2015, Madrid (Spagna) www.ifema.es/matelec_01

PRODUCTRONICAInternational Trade Fair for Innovative Electronics Production

10 – 13 novembre 2015, Monaco (Germania) www.productronica.com

CEF China Electronic Exhibition

11 – 13 novembre 2015, Shanghai (Cina) www.icef.com.cn

CHINA SOURCING FAIRChina Sourcing Fair for Electronics.

12 – 14 novembre 2015, Johannesburg (Sud Africa) www.globalsources.com

http://www.erni.com/ems

http://em.keysight.com/div/triggerchallenge/IT/?cmpid=zzfindscopetriggerchallenge

The building

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Transcript of The building