EinmedizinischesWearable undseineStromversorgungWissen. Impulse. Kontakte. B19126 14.Januar2020...

Wissen.Impulse.Kontakte.

www.elektronikpraxis.de

B1912614. Januar 2020

€ 12,00

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Ein medizinisches Wearableund seine StromversorgungDie Lebensdauer der Batterie für ein tragbares medizinisches Gerät ist eine kritischeGröße. Über das Design der Stromversorgung kann sie der Entwickler justieren. Seite 16

Keine Störungenin LötstellenEine gestörte Lötstelle lässtsich einfach vermeiden: dieWärmeabfuhr steuern undkeine Divergenzen. Seite 20

ZuverlässigeStromversorgungSchalttransistor undMOSFET-Treiber fallenhäufig aus, wenn sie nichtzusammenpassen. Seite 30

Hochfrequenztestim FahrzeugMit Messtechnik lassensich die verschiedenenSchnittstellen in modernenFahrzeugen testen. Seite 38

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EDITORIAL

ELEKTRONIKPRAXIS Nr. 1 14.1.2020

Time Magazine: Greta Thunbergist Person des Jahres 2019KeineAngst: Daswird keine Lobeshym-

ne aufGreta Thunbergund ihrenVersuch,dieWelt zu retten. Ich kenne sie nicht undhabe auch eine ganz eigeneMeinung zurglobalen Erwärmung. Aber ich verstehe,warumsie das TimeMagazine zur Persondes Jahres gekürt hat.Greta ist beharrlich – stur wie ein Esel.

Sie hat ein großes Ziel – will die Welt ret-ten. Sie ist fordernd– liest denGroßendieLeviten. Sie fährt Bahn – sitzt am Boden.Sie wird von Medien benutzt – das nütztihremZiel. Siewird vonKabarettisten ver-albert – auch das hilft ihrerMission. UndSie bringt dieMenschen zumNachdenken– und die Jugend derWelt auf die Straße.Wann gab es das zuletzt?Fürmichpersönlich ist Greta Thunberg

ein Vorbild. Denn sie ist konsequent undkompromisslos und erzielt dadurch Wir-kung. Sie will nicht hinnehmen, was derGroßteil derMenschheit für unabwendbarhält. Und so ist es auch inunserer eigenenkleinen Welt. Wenn wir Dinge für unab-wendbar halten,werdenwir erst gar nichtversuchen, sie zu ändern.Wennwir Kom-promisse eingehen, werden wir unserMaximalziel nicht erreichen. Und wennwir inkonsequent sind,werdenwir nichtsbewegen.

„Ich wünsche Ihnen Kraftund Zielstrebigkeit aberauch Gelassenheit undFreude bei der Arbeit.“

Johann Wiesböck, [email protected]

Ich habe mir für 2020 vorgenommen,stur zu sein. Stur wie Greta, wenn ichmirsicher bin, dass meine Firma, meine Mit-arbeiter, mein Verein oder mein Umfeldmir unbedingt folgen sollten. 2020will ichkompromisslos sein, wenn ich ein loh-nendes Ziel sehe oder einen wichtigenWert verteidigen muss. Versuchen Sie esdoch auch mal mit Hartnäckigkeit stattKompromissbereitschaft. Lassen Sie sichnicht beirren und bieten Sie der Welt dieStirn, wenn es wichtig ist. Knicken Sienicht ein, wenn andere nicht Ihrer Mei-nung sind. Halten Sie durch und bleibenSie unbeirrbar. DieWahrscheinlichkeit isthoch, dass es sich auszahlt.Ichwünsche Ihnen für 2020 viel Erfolg,

gute Gesundheit und Freude bei derArbeit. ELEKTRONIKPRAXISwird für letz-teres versuchen, viele nützliche Informa-tionen zu liefern.

Herzlichst, Ihr

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Mit Hilfe der Indesign Analyse kann derLayouter im PCB Editor über Workflowseinfach Simulationen starten undbekommt die Ergebnisse direkt imLayout angezeigt.

Wo sind Impedanzsprünge, Übersprechenoder Kopplungen von Signalen?Durch Einfärben der Leitungen mit denSimulationsergebnissen können Probleme(siehe Markierungen im Bild) sofortlokalisiert und behoben werden.

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Etwa 80% der kritischen Stellen inseinem Layout kann der PCB Designerdurch Simulationen und Iterationen beimRouting selbstständig optimieren.

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4 ELEKTRONIKPRAXIS Nr. 1 14.1.2020

ELEKTRONIKSPIEGEL6 Zahlen, Daten, Fakten

8 Aktuelles

SCHWERPUNKTEMedizinelektronikTITELTHEMA

16 Das Design der Stromversorgung für tragbare GeräteDie Batterielebensdauer eines Wearables für das Patienten-monitoring ist entscheidend. Mit dem Design der Stromver-sorgung kann der Entwickler hier justieren.

Elektronikfertigung20 Wie lassen sich Störungen in Lötstellen vermeiden?

Die Lösung dieser Frage zeigt sich in ihren Grundzügenverblüffend schlicht: Es gilt Divergenzen zu vermeiden unddas Wärmeabfuhrverhalten einer Lötstelle zu steuern.

24 Die Balance zwischen Produktivität und FlexibilitätSmarte Lösung für Elektronikfertiger: Der EMS-ProviderNES aus Neapel, Italien, hat Hard- und Software seinerBaugruppenfertigung komplett modernisiert.

Stromversorgung30 Schalttransistor und MOSFET-Treiber fallen oft aus

Zuverlässige Stromversorgungen sind eine Grundvoraus-setzung für geringe Ausfallraten von Elektrogeräten. DieserBeitrag erklärt typische Probleme bei Stromversorgungen.

Messtechnik36 Wie ein Laser-Sensor den 3D-Druck überwacht

Vom Prototypendruck bis zur Serienfertigung sind mit dem3D-Druck möglich. Damit der Druckkopf exakt geführt undpositioniert wird, wird dieser in Echtzeit überwacht. Dasübernimmt ein Laser-Sensor.

38 Der Hochfrequenztest komplexer FahrzeugeModerne Fahrzeuge kommunizieren intern als auch externüber ganz unterschiedliche Schnittstellen. Hier ist Mess-technik gefragt, damit es beim komplexen Zusammenspielkeine Probleme gibt.

Bauteilebeschaffung42 Wie Elektronik zur Energieeffizienz beiträgt

Die Energiewende ist die große Herausforderung unsererZeit. Andreas Falke, Geschäftsführer des FBDi, erläutert,wie die Bauteiledistribution dabei helfen kann, neuePotenziale zu erschließen.

44 Eigenentwicklungen sind nicht immer die erste WahlIm Planungsprozess für das Design von IoT-Produktenstehen Unternehmen oft vor der Frage: Selbst entwickelnoder kaufen. Distributor Codico hilft bei der Entscheidung.

TIPPS & SERIEN14 Analogtipp

VCO eines PLL-Synthesizers mit hoher Steuerspannungansteuern

INHALT Nr. 1.2020

MEDIZINELEKTRONIK

Das Design derStromversorgung fürtragbare GeräteTragbare medizinische Geräte bieten den großenVorteil, dass sie ganz unterschiedliche Vitalwertepermanent und direkt aufnehmen können. Dazu ge-hören neben Fitnessarmbändern und Smartwatchesauch Hörgeräte oder Herzschrittmacher. Allen trag-baren Computern gemein ist ihre Stromversorgung.Denn fällt die Energieversorgung aus, dann ist dasnicht nur ärgerlich, sondern kann im schlimmstenFall auch gesundheitliche Folgen haben.

16Titelbild: ©WrightStudio, ©vegefox.com - stock.adobe.com; [M]Haselmann

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5ELEKTRONIKPRAXIS Nr. 1 14.1.2020

ZUM SCHLUSS50 Clemens Schulz, Rohde & Schwarz Cybersecurity

So schützen Sie sich vor dem Trojaner „Emotet“

RUBRIKEN3 Editorial

49 Impressum

24 Die Balance zwischenproduktiv und flexibel

38 Der Hochfrequenztestkomplexer Fahrzeuge

30 Ausfall bei MOSFET-Trei-ber und Schalttransistor

42 Der Beitrag der Elektro-nik zur Energieeffizienz

Praxisforum Elektrische Antriebstechnik17. bis 19.03.2020, WürzburgDas Praxisforum Elektrische Antriebstechnik schlägt die Brücke zwi-schen Technikforschung und Anwendung. Renommierte Referentenaus Wissenschaft und Industrie vermitteln in Würzburg Grundlagen,komplexes interdisziplinäres Wissen und aktuelle Erkenntnisse ausder Forschung.www.praxisforum-antriebstechnik.de

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ELEKTRONIKSPIEGEL // ZAHLEN, DATEN, FAKTEN


1969: Deutschlands erster SatellitAm 8. November 1969 startete der erste deutsche Satellit AZUR anBord einer amerikanischen Scout-Rakete. Das eigens in Oberpfaf-fenhofen errichtete Deutsche Raumfahrtkontrollzentrum über-nahm die Betriebsverantwortung von AZUR. Der Satellit solltehelfen, die Naturvorgänge auf der Erde besser zu verstehen. Insge-samt wurden sieben Experimente ausgewählt, um die kosmischeStrahlung, den Sonnenwind und deren Wechselwirkung mit derMagnetosphäre sowie die Polarlichter zu untersuchen. Die Mission

war technisch hochkomplex: fünf Wochen nach dem Start fiel dasMagnetbandspeichergerät aus, sodass die Messwerte vorerst nurals Echtzeitinformationen übertragen wurden. Dank der zahlrei-chen Bodenstationen konnten dennoch rund 80% der Daten emp-fangen werden. Am 29. Juni 1970 brach die Verbindung zu AZURab. Mit einer Betriebszeit von acht Monaten wurde der erste deut-sche Satellit zwar nicht allen Erwartungen gerecht, dennoch wardiese erste Unternehmung im All ein große Erfolg. // EK

AUFGEMERKT

Bild:D

LR

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ELEKTRONIKSPIEGEL // ZAHLEN, DATEN, FAKTEN


AUFGEDREHT: ESA-Satellit Cheops

Die Forscher, die 1995 den ersten Exoplanetenentdeckten, erhielten am 10. Dezember 2019 denPhysik-Nobelpreis. Inzwischen sind über 4000„erdähnlicheWelten“ bekannt. Es geht nun nichtmehr nur darum, neue Exemplare zu finden, son-

dern spannende Kandidaten genauer zu erfor-schen. Dafür hat die Weltraumorganisation ESAimDezember 2019 „Cheops“ (Characterising Exo-planet Satellite) ins All geschickt. Seine Mission:die Größe von Exoplaneten zu messen. // SG

TransceiverDer Satellit funkt mittelsS-Band-Transceiverüber zwei Sendeanten-nen an der Ober- undzwei Empfängeranten-nen an der Unterseite.

RadiatorEin Heizelement sorgtfür eine konstanteBetriebstemperatur derInstrumente. Die Solar-zellen dienen zeitgleichals Sonnenschutz.

SolarzellenDie Stromversorgungerfolgt über 3G30-Solarzellen mit einerGesamtfläche von2,6 m2 und einer Leis-tung von ca. 200 W.

TeleskopMessungen erfolgen perPhotometer mit einemeinzelnen CCD-Sensor,der im sichtbarenInfrarot-Wellenlängen-bereich arbeitet.

AS-250Struktur und Avionik-System basieren aufder AS-250-Plattform.Cheops misst 1,5 m x1,6 m x 1,6 m und wiegtinsgesamt 290 kg.

SternentrackerZwei Hydra-Sternen-tracker sollenFehlausrichtungen zurInstrumenten-Sichtliniedurch thermoelastischeVerzerrung minimieren.

„Wir glauben, dass es an derZeit ist, die Rolle stolzer Eltern zuübernehmen, die Ratschläge undLiebe bieten, aber nicht täglichherumnörgeln!“Larry Page zu seinem Rücktritt als Vorstandschef beiAlphabet

AUFGE-SCHNAPPT

AUFGEZÄHLTDerzeit liefert Intel gerade seine ers-ten Chips im 10-nm-Verfahren aus,doch in zehn Jahren will das Unter-nehmen bereits in Strukturgrößenvon 1,4 nm fertigen. Diese Roadmap

zeigte ASML-CEO Martin van den Brink auf dem IEEE IEDM. Demnach will Intelab 2021 seine Fertigung im Zweijahrestakt auf die nächste Prozessgenerationumstellen: 2023 auf 5 nm, 2025 auf 3 nm, 2027 auf 2 nm– und 1,4 nmbis 2029.

1,4 nm

Karmarsch-Münzefür Dietmar Harting

Für sein herausragendes Engagement als Gestal-ter und Förderer von Technik, Wissenschaft undWirtschaft hat Dr.-Ing. e. h. Dietmar Harting dieKarmarsch-Denkmünze der Leibniz Universitäts-gesellschaft Hannover e.V. erhalten. Harting hatinsbesondere die nationale und internationaleNormung vorangetrieben. // KR

Intel kauftKI-StartupDa die PC-Verkäufe weiterstagnieren, ist Intel zuneh-mend auf seine Verkäufean Rechenzentren ange-wiesen. Mit der wachsen-den Zahl an IoT-Gerätenund webbasierten Anwen-dungen wird der Bedarfan Rechenleistung aus derCloud in Zukunft weitersteigen. Diese Apps wie-derum greifen in zuneh-mender Zahl auf künstlicheIntelligenz zurück. Im Zugedieser Strategie über-nimmt der Chipkonzerndas israelische KI-StartupHabana Labs für 2 Mrd.US-$. //SG

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Bild: ESA

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abanaLabs

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ELEKTRONIKSPIEGEL // AKTUELLES


Steckverbinderkongress 2020 –Call for Papers bis 17. Januar offen

Werden Sie Referent auf dem Steckverbinderkongress 2020!Reichen Sie dafür bitte einen Vorschlag in englischer oder deutscher

Sprache bis zum 17. Januar 2019 über die Homepage ein.

Der 14.AnwenderkongressSteckverbin-der wird vom 29. Juni bis 1. Juli 2020in Würzburg stattfinden. Experten

aus Industrie und Wissenschaft haben dieMöglichkeit, ihreBeitragsvorschlägebis zum17. Januar 2020 über die Homepage www.steckverbinderkongress.de über den Reiter„Call for paper“) einzureichen und so ihrKnowhow in einem Vortrag oder einer Pos-terpräsentation einem qualifizierten undinteressierten Fachpublikum zu präsentie-ren.Die Schwerpunkte der Konferenz liegen

auf aktuellen Entwicklungen bei Steckver-bindern,WerkstoffenundOberflächen sowiedas Zusammenspiel vonSteckverbindernmitLeitungen und Leiterplatten in Industrie,Medizintechnik und Automotive, Approba-tion und Test und Fertigungsmethoden.Die detailliertenThemen sindnachfolgend

aufgelistet und auf der deutschen bzw. eng-lischen Homepage des Steckverbinderkon-gresses abrufbar. Die Konferenzsprachensind Deutsch und Englisch (jeweils mit Si-multanübersetzung).

Das sind die Schwerpunkte aufdem Steckerkongress 2020

Leiterplattensteckverbinder: Verarbei-tungsprozesse; Auswahl prozesssichererHochstromverbindungen zur Leiterplattebis 300 A; Leiterplattenlayout für Hoch-

stromanwendungen; Leiterplatten-Gold-oberflächen für DirektsteckverbinderUngeschirmte und teilgeschirmte Steck-verbinder für digitale Signale, Schirm-dämpfung bis max. 60 dB Vollgeschirmte Steckverbinder für analo-ge Signale, Schirmdämpfung >80 dB Single Pair Ethernet Trends bei USB Type C:Wie sieht die heu-tige Realität aus? Was wünscht sich der An-wender?Herausforderungen im Automobilbe-reich: Hochstrom und Hochspannung;Kontaktierung von Aluminiumleitungen Gleichzeitige Qualifizierung nachLV214/215 und USCAR-2 SchadensanalytikWhisker und ihre AuswirkungenNeue Richtlinien RoHS/REACH Fehlervermeidung bei der Auswahl undAnwendung von Steckverbindern Konstruktion von Steckverbindern, Feh-ler, Werkstoffe: Pin-Spitzengeometrie; Nor-malkraft – Steckkraft – Steckzyklen; Kon-taktbeschichtungen und die Auswirkungenauf das System Internationale Normen für Zulassungenvon Steckverbindern Gemeinsamkeiten,Unterschiede, Harmonisierung Lagerung von Steckverbindern (Wie undwie lange können Steckverbinder vor demVerarbeiten gelagert werden, ohne dass die

Anwenderkongress Steckverbinder: Vom 29. Juni bis 1. Juli 2020 trifft sich die Steckverbinderbranche inWürzburg. Geben Sie Ihr Knowhow in einem Vortrag oder einer Posterpräsentation an das Fachpublikumweiter.

Bild:VCG Zuverlässigkeit beeinflusst wird)

Neue Werkstoffe und Oberflächen 3D-Druck als Fertigungsverfahren fürSteckverbinder (Additive Fertigung) Kunststoffe zum Umspritzen und für2-Komponenten-Spritzverfahren Zuverlässigkeit von Steckverbindern(Ausfallwahrscheinlichkeit, Fit-Raten-Be-rechnung aus Anwendersicht)Hilft der digitale Zwilling bei der Steck-verbinderauswahl? Best Practice: Steckverbinder mit unter-schiedlichen Kontaktoberflächen kombi-nieren (elektrochemische Spannungsreiheund Korrosion) Best Practice: Welche Leitung (Kabel) istfür welchen Steckverbinder geeignet? Best Practice: Welches Leiterplatten-Layout ist für welchen Steckverbinder ge-eignet?Neue Technologien SonstigesUm am Review-Verfahren teilzunehmen,

reichen Sie bitte eine aussagekräftige Kurz-fassung (maximal eine A4-Seite) Ihrer Prä-sentation indeutscher oder englischer Spra-che bis zum 17. Januar 2020 ein. Es werdennur Vorträge angenommen, die technische,technologische, standardisierungsrelevanteoder anwenderbezogene Aspekte der ge-nannten Themen behandeln. Marketingori-entierte Beiträge werden nicht akzeptiert.Sie als Referent profitieren von den wert-

vollenKontaktmöglichkeiten, die sichdurchdenKongress sowie auf der parallel stattfin-den Fachausstellung ergeben. Die Manu-skripte zu den Vorträgen werden in einemTagungsband veröffentlicht.AuchwennSie nicht auf Europas größtem

Anwenderkongress zuSteckverbindern refe-rieren, können Sie zur Programmgestaltungbeitragen, indem Sie Themen und Sprechervorschlagen (gerne auch aus dem englisch-sprachigen Ausland). Der Beirat prüft IhreEmpfehlungen und kontaktiert von Ihnenvorgeschlagene potenzielle Sprecher. // KR

www.steckverbinderkongress.de

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EMBEDDED SECURITY

Sind FPGAs ein Sicherheitsrisiko?Forscher desKarlsruher Institutsfür Technologie (KIT) haben FP-GAs als potenzielle Einfallstorefür Cyberkriminelle identifiziert,wie sie im Fachjournal IACR er-klären.DieseMixed-Signal-SoCslassen sich flexibel programmie-ren. Ihre Logik lässt sich zumBeispiel in mehrere Funktions-bereiche aufzuteilen. „So kannein Kunde eines Cloud-Rechen-zentrums die obere Hälfte einesFPGAs nutzen, ein zweiter dieuntere“, sagt JonasKrautter vomInstitut für Technische Informa-tik (ITEC) am KIT – für Cloud-

Logik in andere Funktionsblöckeführen. Trickreichen Hackernwürde gerade die Vielseitigkeitder FPGAs die Möglichkeit bie-ten, Seitenkanal-Attackendurch-zuführen. Dabei ziehen die An-greifer aus der Energieaufnahmedes Chips Informationen, mitdenen sie etwa seine Verschlüs-selung knacken können. Durchchipinterne Messungen könneein Kunde eines Cloud-Diensteseinen anderen möglicherweiseausspionieren, warnt Gnad.Nach eigenenAngaben ist es sei-nemTeambeispielsweise gelun-

gen, auf diesem Weg einen Key-Recovery-Angriff erfolgreich aufeine AES-Verschlüsselung (Ad-vanced Encryption Standard)anzuwenden.Obdieses Szenarioeine realistische Bedrohung ist,ist fraglich. Schließlichmüsstendie Hacker in unmittelbarer Nä-he der Chips agieren und dieseetwadurch eineneueKonfigura-tion manipulieren können. Mitgeeigneter Security-IP ausgestat-tet,wird ein FPGAeinendirektenZugriff aber verhindern. //ME

Karlsruher Institut für Technologie

Dienste ein attraktivesNutzungs-szenario. Das Problem: „WennsichmehrereNutzer einenFPGAteilen, entsteht ein möglichesEinfallstor für Angriffe“, sagtDennis Gnad vom ITEC. InMixed-Signal-SoCs haben dieanalogen und digitalen Subsys-teme typischerweise eine ge-meinsameStromversorgungundliegen auf demSubstrat nahbei-einander. Im Betrieb kann diesunter Umständen zu Überspre-chen (Cross-Coupling) und/oderdemÜbertragen vonSpannungs-schwankungenvonder digitalen

5G: Höhere Übertragungsgeschwindigkeit und mehr Datentransfers bietenHackern mehr Angriffsziele in Unternehmen.

Hacker profitieren durch Digita-lisierung, 5G-Netzausbau undden wachsenden Wert von Da-ten. Zudem greifen sie zu immerausgefeilterenMethoden.Unter-nehmen aus sämtlichen Wirt-schaftsbranchen befinden sichmitten inderDigitalisierung. Siebietet viele Chancen und treibtzahlreiche Entwicklungen an –aber nur ein umsichtiger Um-gang damit macht aus einer ver-netzten auch eine bessere Welt.Durch eine erfolgreiche Digi-

talisierung winken Unterneh-men Effizienzsteigerungen undKostenersparnisse,wichtige Fak-toren im täglichen Wettbewerb.Begleitetwird derWandel durcheine wachsende Bedrohungs-landschaft, durch sichweiterent-wickelnde Cyberkriminelle, Ha-cker und Wirtschaftsspione:Auch die Angreifer haben zwi-schenzeitlich komplexe digitaleWertschöpfungsketten aufge-baut, umDaten erfolgreich infil-trierter Unternehmen imgroßenStil zu verwerten. Dabei werdenerbeutete personenbezogeneDa-ten vonKundenundMitarbeitern– oder entwendetes geistigesEigentum – ebenso als Ressour-cen genutzt wie die Lösegelder,die durch Krypto-Trojaner er-presst werden. Ein Teil dieserGelder, ebenso wie die erbeute-

UNTERNEHMENSSICHERHEIT

Was Cyberkriminelle 2020 bewegt

ten Informationen, fließt in diekontinuierliche VerbesserungderAngriffstechniken. IT-Sicher-heit kann als „Enabler“ dienen,als Treiber für die Digitalisie-rung. Hierfür ist es jedoch ele-mentar wichtig, dass Unterneh-men in ihren Digitalisierungs-prozessen nicht nur das Verhal-ten ihrerMitarbeiter beobachten,als auch die eigenen Strukturenhinterfragen und auf der Sys-temebene angehen, um Fort-schritte machen zu können.DieVeränderungen, die 5Gmit

sich bringt, sind große Heraus-forderungen für die IT-Sicherheit

Bild:Clipdealer

und den Datenschutz: HöhereÜbertragungsgeschwindigkeitund der Anstieg der Datentrans-fers bieten mehr Angriffsziele.Die Datenübertragung in Echt-zeit ist ein weiteres Problem,denn sie ermöglicht neue An-griffsarten. Bei erfolgreichenAttackenkönnenCyberkriminel-le große Datenmengen extremschnell von ihren Opfern abzie-hen. Besonderswertvoll sind sienicht nur für ihre Besitzer – son-dern vor allemauch für jene, diediese Daten gerne hätten undhierfür auf illegaleMittel zurück-greifen.Datenmüssenauf ihrem

Transportwegwirksamgeschütztwerden. Das Kommunikations-medium E-Mail bietet beispiels-weise eine sehr große Angriffs-fläche, dadieNachrichten vonAnachBeinenWeggehenkönnen,den weder Absender noch Emp-fänger unter Kontrolle haben.Ratsam ist, für schutzbedürftigeDaten einen direkteren Kommu-nikationsweg zuwählen, der dieAngriffsfläche verringert.Der Mensch bleibt auch in Zu-

kunft das schwächste Glied inder IT-Sicherheitskette. 95% derDatenschutzverstöße erfolgenvon Mitarbeitern. Oft reicheneinfache Trojaner, umdie firme-neigene IT-Sicherheit zu durch-brechen. Cyberkriminelle nutzenimmer ausgefeiltere Methoden,umOpfer auszumachen: So star-ten sie eine erste Angriffswellebreit gefächert an alle Mitarbei-tenden einesUnternehmens, nurum abzuklopfen, wer falsch re-agiert – und schon haben sie„erfolgsversprechende Ziele“ fürden eigentlichen Angriff ausge-macht. Oder sie schlüpfen in dieRolle eines Vorgesetzten undsenden Social-Engineering-Mails an ihr vorher identifiziertesOpfer, um es zu einer Überwei-sung zu veranlassen. //MK

Cryptshare

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Prof. Dr. Andres Griesinger: Sein neuesBuch informiert über Elektronikkühlungund hilft gleichzeitig der DeutschenKrebshilfe.

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Kühlmethoden für das WärmemanagementDas Kühlen elektronischer Bau-elemente, Baugruppen und Sys-teme bis hin zu ganzen Anlagengehört schon immer zum Hand-werkszeug der Hardware-Ent-wickler und System-Designer.Durch die Steigerung der Pa-ckungsdichte und des stetig zu-nehmenden Leistungsdurchsat-zes wird diese Ingenieursauf-gabe zur ständigenHerausforde-rung. Hier setzt ein neu erschie-nenesBuchvonSpringer an.DerAutor Prof. Dr. Andreas Griesin-ger von der Dualen HochschuleBaden-Württemberg gibt in sei-

Bild:VCG nem Fachbuch einen umfassen-

den Überblick zum Wärme-management elektronischer Sys-teme.Neben den physikalischen

Grundlagen der Wärmeübertra-gungwerden passive und aktiveKühlmethodenvorgestellt. Dazugehören Technologien auf Bau-element- und Substratebene,thermische Interfacemateriali-en, Kühlkörper, Lüfter undHeat-pipes. Für die Analyse von Wär-mepfadenwerden etablierte undneue Messverfahren beschrie-ben. Diese liefern thermophysi-

kalische Stoffwerte und thermi-sche Kontaktwiderstände. Zahl-reiche Beispiele unterstreichenden Praxisbezug dieser Fach-buch-Neuerscheinung.Das Fachbuch ‚Wärmema-

nagement in der Elektronik inTheorie undPraxis‘ hat die ISBN978-3-662-58682-2 und kostet alsHardcover plus eBook 74,99 €.Die eBook-Version kostet 59,99€.Weitere Informationen findenSie unter: www.springer.com/de/book/9783662586815. // JW

DHBW

DATENANBINDUNG

Digitale und analoge I/Os für Industrieeinsätze, etwa mit Raspberry PiPiXtend eIO von Qube Solutionsist das I/O-ErweiterungssystemfürAnwender, die nachdigitalenundanalogenAllzweck-Ein- undAusgängen suchen. Es lässt sichmit denPiXtend-Steuerungen fürRaspberry Pi nutzen. Die Da-tenanbindung erfolgt mit demrobusten RS485-Bus. Falls nichtvorhanden, lässt sich dieser anjedemComputersystemnachrüs-ten.Die eIO-Module entsprechender Industrienorm IEC 61131-2und sind damit für den rauenArbeitseinsatz in Laboren, In-dustrie und Gewerbebetrieben

übertragung und versetzt dieAusgänge bei Bedarf in eineneinstellbaren, sicheren Zustand.Der Name PiXtend ist von unse-ren Raspberry-Pi-basierendenSPS- und IoT-Geräten bekannt.Das eIO-System fügt sich op-tisch, haptisch und funktionalandiese Steuerungenan, ist aberauch an fast jedes andere Com-putersystem und Embedded-Gerät anschließbar. Dank derUnterstützung Modbus RTU fü-gen sich eIO-Geräte auch in vor-handeneSysteme ein.DasProto-koll ist jahrzehntelang industrie-

erprobt. Zusätzlich sind die eIO-Geräte mit dem PiXtend-eIO-Protokoll ansprechbar, das dieDaten in Klartext übermittelt(ASCII). Qube Solutions bietetOpen-Source-Beispielprogram-me für C, C#, Python, CODESYS(61131-3), JavaundNode-REDan.Die Grundeinstellungen sind di-rekt am Gerät ohne Softwaredurchführbar. PiXtend-Gerätewerden in Deutschland entwi-ckelt, hergestellt, getestet undmontiert. // MK

Qube Solutions

vorgesehen. Alle gängigen Sen-soren und Aktoren finden anPiXtend eIO leicht Anschluss.Funktionen wie die schnelle di-gitale „Hyper Logic“, bringenMehrwert für Industrieprojekte.Logische Verknüpfungen zwi-schen Ein- und Ausgängen kön-nen die Module selbst ausfüh-ren, ohne dass eine Datenüber-tragungüber denBusnotwendigist. Digitale Eingänge lassen sichaußerdemzumZählen vonEreig-nissen nutzen. Ein Watchdog-Timer überwacht die per CRC-Prüfsumme gesicherte Daten-

2D-Transistoren: Drei Monolayer einesMoS2-Kanals in einem 2D-FET mit einerKontaktlänge von 13 nm und einerKanallänge von 29 nm im TEM-Bild.

2D-MOSFET

Fortschritt bei der Miniaturisierung von Logik- und SpeicherbausteinenForscher untersuchenWerkstof-fe wie Kohlenstoff-Nanoröhren,Graphen und Übergangsmetall-Dichalkogenide, um Feldeffekt-Transistoren (FET) mit einerGröße unter 5 nm zu realisieren.Das IMEC hat auf der diesjähri-gen IEDE (International ElectronDevices Meeting) Untersuchun-gen vorgestellt, die zeigen, wiemit MoS2 die Strukturen vonFeldeffekt-Transistoren extremverkleinert werden können.„Wir haben die Miniaturisie-

rung von Transistoren auf Basisvon 2D-Materialien ein gutes

Bild:IMEC Stück vorangetrieben und ich

binmir sicher, dass unsdieMas-senproduktion in 300-mm-Fabsgelingt”, erklärt IMEC-CEO Pro-fessor Luc Van den hove.Die Forscher habenMolybdän-

disulfid (MoS2) in einer Mono-schicht mit einer Dicke von0,6 nm sowie Strukturen mit ei-ner Kontakt- undKanallänge von13 nm bzw. 30 nm hergestellt.Damit ist es eigenen Angabenzufolge erstmals gelungen,mini-aturisierte 2D-Transistoren her-zustellen, die eine verringerteDicke des Gate-Oxids und einen

hohen Wert für das K-Dielektri-kum kombinieren. An diesenTransistoren sind umfassendeGrundlagenuntersuchungenund die Kalibrierung von TCAD-Modellenmöglich. Ein kalibrier-tes TCAD-Modell wird verwen-det, um die Parameter des Bau-steins im Prozess zu verbessen.Die Ergebnisse unterstreichendas Potenzial von 2D-Werkstof-fen für eine Transistor-Miniatu-risierung für Logik- und für Spei-cheranwendungen. // KR

IMEC

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http://www.springer.com/


ELEKTRONIKPRAXIS Nr. 1 14.1.2020 13

Kioxia (zuvor Toshiba Memory)hat sein erstes neues Produktenthüllt: „Twin BiCS FLASH“,nach Aussagen des Unterneh-mens der weltweit erste dreidi-mensionale (3D) Flash-Speichermit nem halbkreisförmigemSplit-Gate-Flash-Speicherauf-bau. Halbkreisförmige Floating-

PENTA-LEVEL-CELLS

Kioxia zeigt neue halbkreisförmige 3D-Flash-SpeicherzelleGate-(FG-)Zellen sollendieBasisder Architektur bilden, derenVorteile ein größeres Program-mier-/Löschfenster bei einerkleineren Zellgröße imVergleichzu herkömmlichen kreisförmi-genCharge-Trap-(CT-)Zellen ver-sprechen. Laut Kioxia habe derneueAufbaudasPotenzial,mehr

als vier Bits pro Zelle (Quadrup-le-Level-Cell; QLC) zu speichernund damit eine deutlich höhereSpeicherdichte bei weniger La-gen (Layer) zu erzielen.Kioxia erwartet, dass die halb-

kreisförmigen FG-Zellen dankbesserer Programmier- undLöscheigenschaften engereQLC-

Verteilungen der Ladungsmen-gen (Vt) bei kleinerer Zellgrößeerzielen.Darüber hinaus soll dieIntegration eines Low-Trap-Si-Kanalsmehr als vier Bit pro Zelleermöglichen, z.B. eine Penta-Level-Zelle (PLC). //ME

Kioxia

Aktuell entsteht ein Markt füreine neue Generation vonMCUsmit höherer Leistung und gerin-gerem Stromverbrauch, um dieNachfragenach leistungsfähige-ren Edge-Computing-Funktio-nen für dieBildverarbeitungundSpracherkennung zu stillen. AufenergiesparendePeripheriebau-steine zielt auch die HyperRAM-Speicherfamilie von Winbondab, die Atlantik Elektronik ver-treibt. HyperRAM unterstützendieHyperBus-Schnittstelle. Einegeringe Zahl von Anschlüssen,eine niedrige Leistungsaufnah-meundeine einfache Steuerungsind deren drei wichtigstenMerkmale, um die Leistung derEndgerätewesentlich zu verbes-sern.WinbondsHyperRAM sindinBGAsmit 24Anschlüssen (Au-tomotive Grade, 6 mm x 8 mm),in BGAs mit 49 Anschlüssen (4mm x 4 mm) und als DIE liefer-bar,wie die 64-MBit-HyperRAM,dessen Leistungsaufnahme imStandby90µWbei 1,8Vbeträgt.Ein SDRAM gleicher Kapazitätnimmtumdie 2000µWbei 3,3 Vauf. Im Hybrid-Sleep-Modusbraucht es nur 45 µW bei 1,8 V,viel weniger als ein SDRAM imStandby-Modus.Weil dasHyper-RAM nur 13 Signalanschlüssehat, vereinfacht sich auch dasLeiterplatten-Design. Hyper-RAMs basieren auf der pSRAM-Architektur und sorgendamit fürden eigenen Refresh. // MK

Atlantik Elektronik

HYPERRAM-SPEICHER

Alternative zuSPI NOR Flash

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SERIE // ANALOGTIPP


VCO eines PLL-Synthesizers mithoher Steuerspannung ansteuern

THOMAS BRAND *

* Thomas Brand... arbeitet als Field Applications Engi-neer bei Analog Devices in München.

InBild 1 ist das Blockschaltbild eines Fre-quenzsynthesizers zu sehen, dermit einerPhasenregelschleife (PLL) arbeitet. Dabei

erzeugt derVCOdasAusgangssignal. Erwirddurchdie PLLauf Sollfrequenz gehaltenundmit der Referenzfrequenz quasi phasenstarrverbunden.DieReferenzfrequenzwird i.d.R.von einemsehr genauenQuarzoszillator be-reitgestellt. Im Rückführungszweig der PLList ein Frequenzteiler vorgesehen, der dieVCO-Frequenz vor dem Phasendetektor umeinen einstellbaren Faktor herunterteilt.VCOs enthalten ein einstellbaresAbstimm-

element, beispielsweise eine Kapazitätsdio-de, deren Kapazität sich abhängig von derEingangsspannungändert. Die Phasenregel-schleife ist damit eine Art Regelsystem für

den VCO. Als Eingangs- bzw. Steuerspan-nungdesVCOs ist oft einehöhere Spannungerforderlich als die zur Verfügung stehendeVersorgungsspannung der PLL-Schaltung.Diese beträgt in der Regel 3,3 oder 5 V, wo-hingegen VCOs je nach gewünschter Fre-quenz Spannungen größer 20 V benötigen.Umbreitbandigere Frequenzen zu erzeugen,können VCOs genutzt werden, die sich übereinen größeren Bereich abstimmen lassen.In Bild 2 ist eine vereinfachte Beispiel-

schaltung dargestellt, welche VCOs imGHz-Bereich unterstützt. Als VCO kann derDCYS100200-12 vonSynergyMicrowave ein-gesetzt werden. Hiermit lässt sich eine Fre-quenz von 2 GHz bei 28 V (Utune) erreichen,wie im Diagramm in Bild 3 zu sehen ist.EinehoheSteuerspannungkönnenSiemit

einem aktiven Schleifenfilter (engl. ActiveLoop Filter) erzeugen, der im Wesentlichenaus einemHigh-Speed-Verstärker und einemTiefpassfilter besteht, der die Ausgangsim-pulse vom Phasendetektor (CPout) in eine

saubere Gleichspannung formt. Alternativkannauch einPLL-Synthesizermit integrier-ter Ladungspumpe (z.B. derADF4150HVvonAnalog Devices) eingesetzt werden, der kei-nen zusätzlichen aktiven Schleifenfilter be-nötigt. Obwohl beide Lösungen eine Hoch-spannung zur Versorgung benötigen, ist dieKomponentenanzahl mit dem ADF4150 ge-ringer. Ebenso lassen sich die durch denVerstärker des aktiven Filters verursachtenVerzerrungen und Phasenrauschen vermei-den. Beim ADF4150HV können Sie zudemFraktional-N oder Integer-N PLL-Frequenz-Synthesizer implementieren.Damit lässt sichdie VCO-Frequenz durch 1, 2, 4, 8 oder 16teilen, so dass auchAusgangsfrequenzenbisminimal 31,25 MHzmöglich sind.Die hohe Spannung für die integrierte La-

dungspumpe des ADF4150HV lässt sich mitdem DC/DC-Boost-Wandler ADP1613 erzeu-gen, ohne die PLL-Leistung zu beeinträchti-gen. BeimADP1613handelt es sichumeinenSchaltreglermit integriertemLeistungstran-sistor, mit dem sich Ausgangsspannungenbis 20 V erzeugen lassen.Die SchaltfrequenzdesADP1613 lässt sich

zwischen 650 kHz und 1,3 MHz einstellen.Dies führt zu einembesserenEinschwingver-haltenundeiner einfachenRauschfilterung.Generell ist es ratsam, die Schaltfrequenzgrößer als 1 MHz zu wählen, um die beimSchalten durch den Schleifenfilter der PLLentstehenden Störpeaks zu reduzieren.Die beschriebene Schaltung deckt Fre-

quenzen von 62,5 MHz bis zu 2 GHz ab. Eslassen sich mit der gleichen PLL-Hardwareunterschiedliche Frequenzen für vieleHard-ware-Plattformen erzeugen.Für eine Schaltung für verschiedeneVCO-

Typen sollten Sie einen entsprechendenSchleifenfiltermit einbinden, damit der Pha-senregelkreis zuverlässig funktioniert. Fürdie relativ breitbandigeAnpassung der Aus-gangsfrequenz sind kleine Filter an den HF-AusgängendesADF4150HVnotwendig. EineSpule mit 27 nH parallel zu einem50-Ω-Widerstandbietet eine guteAnpassungfür Frequenzen bis 3 GHz. // KR

Analog Devices

Bild 3: Steuerspannung in Abhängigkeit von derFrequenz beim DCYS100200-12(Quelle: Datenblatt Synergy Microwave).

Bild 2: VereinfachteSchaltung für die Ver-sorgung von Hochspan-nungs-Ladepumpen fürden ADF4150HV.

Bild 1: Funktionsprinzip der Phasen-regelschleife (PLL).

Bild:A

nalogDe

vices

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TECH-WEBINAREwww.elektronikpraxis.de/webinare

Anforderungen an Präzisions-LeistungsanalysatorenDie Leistungsmesstechnik ist nicht zuletzt aufgrund höhererAnforderungen durch Energieverordnungen und Richtlinien

VERANSTALTUNGENwww.elektronikpraxis.de/event

aus dem Alltag von Entwicklern nicht mehr wegzudenken.Zur Anwendung kommt sie in der Entwicklung von elektri-schen Fahrzeugen und Antrieben, in Energieerzeugungsan-lagen und bei Transformatoren, aber auch bei Haushalts-und Bürogeräten sowie in der Medizintechnik.Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Leistung einer An-wendung zu bestimmen. Aber welche Eigenschaften mussein Messgerät für eine präzise Leistungsmessung besitzen?

Erfahren Sie imWebinar:warum praxisgerechte- und lückenlose Spezifikationen sowichtig sind,welchen Nutzen eine konstante Bereichsdynamik (kleineund große Effektivwerte, große Crestfaktoren) über alleeingestellten Bereiche hat, die Vorteile von direkten Eingängen zum Messen vonSpannungs-, Strom-, und Drehmoment-/Drehzahlsignalen,wie eine individuelle konfigurierbare Filtertechnik Sie beiMessungen unterstützt.

Durch dasWebinar führt Andreas Maushammer, Produkt-manager bei Yokogawa Deutschland.

Partner und Veranstalter:

DESIGN CORNERwww.elektronikpraxis.de/design-notes

Partner und Veranstalter:

20. Embedded-Linux-Woche16.–20. März 2020, Würzburgwww.linux4embedded.de

Praxisforum Elektrische Antriebstechnik17.–19. März 2020, Würzburgwww.praxisforum-antriebstechnik.de

Embedded Programmierungmit modernem C++7.–9. April 2020, Leipzigwww.b2bseminare.de/116

FPGA-Conference Europe26.–28. Mai 2020, Münchenwww.fpga-conference.eu

Technologietag Leiterplatte & Baugruppe16.–17. Juni 2020, Würzburgwww.leiterplattentag.de

18.Würzburger EMS-Tag18. Juni 2020, Würzburgwww.ems-tag.de

Anwenderkongress Steckverbinder29. Juni – 1. Juli 2020, Würzburgwww.steckverbinderkongress.de

Batteriepraxis Forum2.–3. Juli 2020, Würzburgwww.batterie-praxis.de

Automation Software Engineering - Kongress21.–23. September 2020, Sindelfingenwww.ase-kongress.de

Anwenderforum Relaistechnik30. September – 1. Oktober 2020, Würzburgwww.relaisforum.de

Cooling Days6.–7. Oktober 2020, Würzburgwww.cooling-days.de

Ein einziger IC erzeugt fünf Ausgangsspannungenwww.elektronikpraxis.de/LTC3372

Auf- und Abwärtsmischer für 24 bis 44 GHzwww.elektronikpraxis.de/admv1013

µModule-Regler für Spannungen von 0,5 bis 3,3Vwww.elektronikpraxis.de/LTM4678

Kompakte Lösung: Zweikanaliger 6-A-Abwärtsreglerwww.elektronikpraxis.de/ltc3636

Unser

AKTUELLES

Programm

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MEDIZINELEKTRONIK // APPLIKATIONEN

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TITELSTORYTragbare medizinische Geräte bietenden großen Vorteil, dass sie ganz un-terschiedliche Vitalwerte permanentund direkt aufnehmen können. Dazugehören neben den Fitnessarmbändernauch die Smartwatches. Selbst klas-sische Medizinprodukte fallen unter dieDefinition. Dazu gehören beispielswei-se Hörgeräte oder Herzschrittmacher.

Alle tragbaren Computern gemein istihre Stromversorgung. Denn fällt dieEnergieversorgung aus, dann ist dasnicht nur ärgerlich, sondern kann imschlimmsten Fall auch gesundheitlicheFolgen haben. Deshalb hat der Ent-wickler von tragbarer Elektronik für denmedizinischen Einsatz ein besonderesAugenmerk auf die Stromversorgung.


Bild:©

WrightStud

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vegefox.com-stock.ado

be.com

;[M]Haselmann

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Das Design der Stromversorgungfür tragbare medizinische Geräte

Die Batterielebensdauer eines Wearables oder portablen Sensors fürdas Patientenmonitoring ist eine kritische Größe. Mit dem Design der

Stromversorgung kann der Entwickler hier justieren.

SANJAY PITHADIA *

* Sanjay Pithadia... ist System Engineer für Medizin-technik, System Engineering undMarketing bei Texas Instruments.

Tragbare Elektronik, auch alsWearablebekannt, müssen zwei Eigenschaftenbieten: dank ihrer kompakten Abmes-

sungen sind sie bequem zu tragen und siebieten eine lange Betriebszeit dank einerlangen Batterielebensdauer. Wird ein Wea-rable als Medizinprodukt verwendet, dannlassen sich neben Vitalparametern messen,sonderndasGerät lässt sich auchals persön-lichesNotfallmanagement-Systemeinsetzen.Ein portables Wearable-Gerät sind batterie-betrieben. Aus diesem Grund ist die Batteri-elebensdauer ein wichtiges Kriterium beimKauf. Denn Mess- und Überwachungsfunk-tionen sollten nicht unterbrochen werden.

Den Energiebedarf tragbarerGeräte senkenEin batteriebetriebenes Wearable sollte

neben einer entsprechenden Stromversor-gung auch bei der Raumausnutzung punk-ten. Mehr Funktionen auf kleinstem Raumund eine über längere Zeit effiziente Strom-versorgung. Betriebsarten wie Standby,Sleep, Power Save,Hibernate undShutdownspielen für die Designer eine Schlüsselrolle,um den Energiebedarf der tragbaren Gerätezu senkenunddamit die Batterielebensdau-er zu erhöhen.Es gibt zwar durchaus stromsparende Mi-

krocontroller (MCUs) und analoge integrier-te Schaltungen, aber es dürfte kaummöglichsein, die Mehrzahl der aktuellen Technikenin einemDesign zunutzen, ohnedasPower-Management optimal zu gestalten. Dabei istes wichtig, die passende Architektur für dieStromversorgung zu finden.DerBeitrag stelltverschiedeneStromversorgungs-Ansätze vor,mit denen sich die Batterielebensdauer vonWearables verlängern lässt.

GerätewieHerzfrequenz-, Blutzucker- undBlutdruckmesser, Multiparameter-PflasterundPulsoximeter sowie Fitness- undAktivi-tätsmonitore lassen sich alsWearable bauen.Viele der genannten Geräte sind als Einweg-Produkte konzipiert odermit auswechselba-ren Batterien bestückt. Durch ihre Anbin-dungan intelligenteGerätewächst allerdingsihr Energiebedarf. Nicht wiederaufladbarePrimärbatterien beispielsweise vom TypCR2032 oder CR3032 reichen hier unter Um-ständen nicht aus. Hier kommen Akkus insSpiel: Lithium-Ionen, Lithium-Polymer, Ni-ckel-Metallhydrid, Lithium-Eisenphosphat,Lithium-Mangan und Zink sind populäreBatterien für medizinische Anwendungen.Jede dieser Varianten benötigt ihre eigeneLadeschaltung. Wichtig ist bei Akkus dieSelbstentladerate. Umden insgesamt entste-hendenBauteileaufwand zu senken, könnenDesigner Funkmodule und andere Periphe-riefunktionen direkt aus demAkku speisen,jedoch führt der Betrieb unmittelbar an derAkkuspannungnicht unbedingt zu einer be-sonders effizienten Nutzung der Batterie-energie.Das Laden der Akkus eines Wearables ist

nicht unkritisch, weil die Akkus klein und

von geringer Kapazität sind. Abhängig da-von, ob es sich um einen Akku mit 50, 100oder 200mAhhandelt undobmit einer Ratevon0,5, 1 oder 2 C geladenwird, variierendieLadeströme erheblich. Es kommt darauf an,imDesign einenprogrammierbarenSchnell-lademodusmit höheremStrom vorzusehen.Wichtig ist nicht nur die Ladezeit möglichstkurz zuhalten, sondern viel elektrischeEner-gie in den Akku zu bekommen. Der Strommusspräzise eingehaltenwerden, undauchbei niedriger Stromstärke muss das Ladenzuverlässig beendetwerden. In [1] findet sichdas Beispiel einer Ladeschaltung mit sehrniedrigenLadeende- undRuheströmen.DasBild 1 zeigt,wie sichdieBatteriekapazität um2 mAh (rund 5%) steigern lässt, indem derLadeschluss-Strom auf 1 mA herabgesetztwird. DieAnzahl der Zellen kann je nachAn-wendung unterschiedlich sein, denn dieLadeschaltung lässt sich entsprechend an-passen.

Abwärts-, Aufwärts- oderAbwärts/Aufwärts-WandlerIst ein Wearable mit einem einem Funk-

Modul aus der Familie CC254x von TexasInstruments ausgestattet, so lassen sichdie-

Bild 1: Die Vorteile eines niedrigeren Stroms bei Ladeschluss.

Bild:Texas

Instruments

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Bild 2:Gesteigerte Effizienz undreduzierter Batteriestrom mitdem Baustein TPS62730 vonTexas Instruments.

Bild:Texas

Instruments

se mit Spannungen von 2,0 bis 3,6 V betrei-ben, die intern meist mithilfe eines Low-Dropout-Reglers (LDO) auf 1,8Vherabgesetztwird. In Systemen mit hoher Versorgungs-spannung geht somit ein großer Teil derEnergie in denLDOs verloren.Die Spannunglässt sich mit einem externen Gleichspan-nungswandler auf 2 V verringern, um dieEffizienz des Gesamtsystems zu verbessern.EinDC/DC-Wandlerwie der TPS62730 ver-

ringert die Eingangsspannung von 3,9 V aufdie gewünschte Spannung von 1,9 V. (In [2]

„Die weltweiten Ausgaben von Endkunden für Wearablesim Jahr 2020 werden sich auf 52 Mrd. US-$ belaufen.

Das ist ein Anstieg von 27% gegenüber 2019.“Research- und Beratungsunternehmen Gartner

ist 2,2 V der Grenzwert, oberhalb dessen dieSchaltfrequenz des Gleichspannungswand-lers keinen Einfluss auf die HF-Performancedes CC254x hat.) Fällt die Versorgungsspan-nung desWandlers unter 2,2 V,wechselt derBaustein automatisch indenBypass-Modus,in dem sein Ausgang direkt mit der Batterieverbundenwird. Es reduziert sichdie Strom-aufnahme im aktiven Modus und die Batte-rielebensdauer steigt. Das Bild 2 zeigt dengeringeren Batteriestrom. Sollte von Seitendes Mikrocontrollers kein Pin angesteuert

werden können, kommen andere Abwärts-wandlermit einer sehr niedrigenRuhestrom-aufnahme (TPS62743 oder TPS62740) in Fra-ge.Für Patientenmonitore, welche die Herz-

rate unddie Sauerstoffsättigung (SpO2)mes-sen, enthalten LED-Treiber zum AnsteuernvonLEDs indenFarbenGrün, Rot und Infra-rot. Abhängig vonderVorwärtsspannungderjeweiligen LEDsmuss dieVersorgungsspan-nung des verwendeten Treibers größer alsdie Spannung der Knopfzelle mit 3 V sein.Um das sicherzustellen, eignet sich ein Auf-wärtswandlermit sehr niedriger Ruhestrom-aufnahme (IQ). Dank ihrer integrierten Injek-tionsnadel werden Insulinpumpen immerkompakter, allerdings ist der Laststrom beisolchen integrierten Anwendungen mögli-cherweise recht hoch, da neben der Pumpeselbst auch die Interfaceschaltungen für dieInjektionsnadel angesteuertwerdenmüssen.Ein Aufwärtswandler wie der TPS610981lässt sichdirekt anderBatterie betreibenundbesitzt einen sehr niedrigen IQ-Wert,was zureinwandfreien Funktion der Pumpe beitra-gen kann.

Die Vorteile eines Abwärts/Aufwärts-WandlersEin Abwärts/Aufwärts-Wandler bietet ge-

rade in kleinen batteriebetriebenen Anwen-dungen einen weiteren technischen Vorteilgegenüber reinen Abwärts- oder Aufwärts-wandlern. In Wearables wird keine Versor-gungsspannung von mehr als 3 V benötigt,sodass auf einenAufwärtswandler verzichtetwerden kann. MCUs und Funk-Bausteineerfordern oftmals eine niedrige Spannung,sodass ein Abwärtswandler als die richtigeWahl erscheint, bis alleAspekte desDesignsberücksichtigt sind.Wird mit einem pulsierenden Lastprofil-

Stromausder Batterie entnommen, kanndieBatteriespannungkurzzeitig unter die erfor-derliche Ausgangsspannung absinken. Daskann Instabilitäten in der Regelung hervor-rufen, sodass die Spannung unter den vomHersteller spezifizierten Mindestwert sinkt.Der Spannungseinbruch an der Batteriekommt besonders gegen Ende der Lebens-dauer zumTragen,weil der Innenwiderstandder Batterie mit der Zeit zunimmt.DerAbwärts/Aufwärtswandler liefert eine

Ausgangsspannung liefern, die höher ist alsdie Eingangsspannung.Damit stellt dasBau-teil bei pulsierendenLaststrom-ProfilenundhohenBatterie-Innenwiderständen eineprä-zise geregelteAusgangsspannung zurVerfü-gung. Im Gegensatz zu einem reinen Ab-wärtswandler ist der Einsatz eines Abwärts/Aufwärtswandler in denDesigns für Batterie

Tabelle 1:Effizienzberechnungen.

Bild:Texas

Instruments

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und Stromversorgung die größere Flexibili-tät.Generell herrscht dieAuffassung vor, dass

sichmit geschaltetenReglern oderWandlerneine hocheffiziente Stromversorgung reali-sieren lässt, während LDOs einen geringenWirkungsgradbieten. Allerdingshaben sichdie Topologien der LDOs mittlerweile geän-dert, sodass dieseBausteine auf sehr geringeDropout-Spannungen kommen. Ein LILO-LDO (Low Input Low Output) enthält einenNMOS-Längstransistor und eine Bias-Span-nung zumErzielen einer niedrigenDropout-Spannung. Infolge dieser Topologie stehteine höhere Spannung zur Verfügung, umdieBias-Leitung zu speisenunddenGroßteilder internenSchaltungendes LDOmit Stromzuversorgen, sodass der LDOmit niedrigerenEingangsspannungen betrieben werdenkann. Die geringeren Dropout-Spannungenermöglichen eine Wirkungsgradsteigerung,diemit jener von Schaltnetzteilen vergleich-bar ist. In portabler Elektronik kommenhäu-fig LDO-gespeiste Sensoren zumEinsatz,weilein Schaltwandler zu viel Rauschen erzeugt.Designer könnenbeimEinsatz vonLDOsmitniedriger Ruhestromaufnahmedavonausge-hen, dass sich die Batterielebensdauer desSystems bei gepulster Last erhöht. Dies istallerdingsmöglicherweise nicht die effizien-teste Lösung, da eine hohe Verlustleistungbei aktiver Last denWirkungsgraddrastischeinbrechen lassen kann.

Konfigurationen für eineStromversorgungEs gibt zwei gängige Stromversorgungs-

Konfigurationen, um ein portables Systemzu implementieren. Ein Ansatz nutzt einengenerischen LDOmit niedrigem IQ-Wert, derandere einenLILO-LDOmit geringem IQ. Ver-gleicht man die Leistungsaufnahmen derbeidenunterschiedlichenVarianten, so siehtman, dass der generische LDO 2,7 mW auf-nimmt, während es beim LILO-LDO 1,8 mWsind (siehe Tabelle 1).Mit demLILO-LDOhatsich der Wirkungsgrad von 55 auf 82% er-höht, obwohl die Ruhestromaufnahme ins-gesamt beimLILO-LDOhöher ist. Der Einsatzvon LILO-LDOs in batteriebetriebenen An-

wendungenbietet einenklarenVorteil,wenndie Batterielebensdauer und der Wirkungs-grad die wichtigsten Kriterien sind.Nachdem das Frontend des Leistungs-

pfads desAkkuladers sowie die zwischenge-schalteten Gleichspannungswandler undLDOs optimiert sind, gibt es noch die Mög-lichkeit, einen Lastschalter zum Absenkendes Shutdown-Stroms beliebiger Verbrau-cher zu verwenden. Schließlich kann einFunkmodul imDeep-Sleep- oder Hibernate-Modus immer noch einen Stromvonüber 10µA aufnehmen.Mit einemLastschalter lässtsich dieser Strom auf nur mehr 10 nA redu-zieren.EinBeispiel: Einmit Bluetooth LowEnergy

drahtlos kommunizierendes Pflaster wirddurch einenherkömmlichenLi-Ion-Akkumit4,2 V und einer Kapazität von 100 mAh ver-sorgt. Damit eine Akkuladung mindestenssieben Tage hält, können verschiedene Vi-talzeichen-Sensoren ständig eingeschaltetbleiben, während sich das Funkmodul ab-schalten lässt.Wie aus Tabelle 2 hervorgeht,beansprucht das Funkmodul mit seinerStromaufnahme von 10 µA im deaktiviertenZustand mindestens 10 µA x 24 Stunden x 7Tage= 1,68mAhdesGesamtbudgets von 100mAh, das entspricht also 1,68%der gesamtenAkkukapazität. Hinzu kommenweitere Ver-luste die bedingt sind durch die Minimal-undMaximal-Kenndaten über die Tempera-tur, Effizienzeinbußen durch die Stromver-sorgungs-Bauteile sowieweitere Funkmodu-le mit ihren Leckströmen.Mit dem Einsatz eines Lastschalters ver-

ringert sich der Leckstrom im Shutdown-Zustandauf 10nA.Das Funkmodul hat somitim deaktivierten Zustand praktisch keineAuswirkungen (0,00168%)mehr auf die Ak-kulaufzeit des Systems. // HEH

Texas Instruments

Tabelle 2: Prozentuale Einbuße an Akkukapazität bei Einsatz eines Lastschalters.

Bild:Texas

Instruments

Referenzen[1] Janice Escobar: „The future of wearable biosen-

sors and linear chargers”, Blogbeitrag in der TIE2E Community, 4. Dez. 2017.

[2] Abhishek Chattopadhyay: „Current Savings inCC254x Using the TPS62730”, Application Note(SWRA365B).

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ELEKTRONIKFERTIGUNG // STUDIE ZU LÖTPROZESSEN


Wie lassen sich Störungen inLötstellen vermeiden?

Die Lösung dieser Frage zeigt sich in ihren Grundzügen verblüffendschlicht: Es gilt Divergenzen zu vermeiden und das Wärmeabfuhr-

verhalten einer Lötstelle operativ zu steuern.

LANDULF MARTIN SKODA *

* Landulf Martin Skoda... ist PCB Assembly Operator bei ASPEquipment in Salem.

ZumVermeiden einer Störunggilt es dasEntstehen einerDivergenz zuunterbin-den und das Wärmeabfuhrverhalten

einer Lötstelle operativ zu steuern, indemdieVerlaufsrichtung der Auskühlung kontrol-liert wird.Zunächst zeigen sichdie Bedingungen für

LotkugelbildungalsAnhaltspunkte. DieWär-mesättigung der Komponenten sollte daherso ausfallen, dass die Konvergenz-Phase er-reicht ist unddieWärmeabfuhr gleichmäßigin alle Richtungen verläuft.So zeigt es sich als angebracht imFalle von

Einsackungen, TrennlinienundLochbildungjeweils eine zusätzliche Wärmezufuhr zumEinsatz zubringen, umdenWärmeschwundüber den Anschluss zu senken. Hingegenwäre einer Granulierung mit einer merkli-

chen Reduzierung der Wärmesättigung ent-gegen zuwirken. Im Falle von Stresslines isteinHerabsenkender ZusätzlichenBeheizunggefordert, umdieKonvergenz-Phasenicht zuüberschreiten.Hinsichtlich der verschwindend geringen

Kalkulierbarkeit zeigt sich jedoch ein Arbei-tenmit der Konvergenz-Phase als kaumprak-tikabel. Auch die Tendenz des Lotes hin zueiner unerwünschten, konvexen Ausfor-mungverlangt eine alternativeHerangehens-weise für die Herstellung hochqualitativerund störungsfreier Lötstellen.

Wie sich das Lot in Formbringen lässtEine Konvergenz entsteht nicht aus-

schließlichdann,wenndieAuskühlungglei-chermaßen in alle Richtungenverläuft, son-dern auch,wenn sie in eine einzige bzw. einedominierende Richtung erfolgt. Sowie dieAuskühlungmit der Entnahmeder Lötspitzeametrischunddivergent verläuft, so soll die-se nun, über eine entsprechende Handha-

bung der Lötspitze, in eine konkrete Rich-tung forciert werden.Die Lötspitzewird, als permanentwärms-

ter Bereich, reguliert aus der Lötstelle her-ausgeführt, sodass dieAuskühlungdes Loteskonvergent auf die Lötspitze hin verläuft.Eine solche Verfahrensweise lässt sich alsHeat-Lifting bezeichnen.Unabhängig vomAnspruch einer Lötstelle

eröffnet daher eine schlichte Layout-Konzep-tion die Möglichkeit, optimale Lötstellenhöchst kontrolliert, effektiv und mit starkerhöhter Reproduzierbarkeit herzustellen.Neben dem Kolbenlöten bieten sich dafürauch andere Verfahren unter Verwendungeiner gerichteten Wärmequelle an, wie dasLaser- oder Lichtstrahl-Löten.Noch vor Anführung der Layout-Konzep-

tion soll eine optionale Variante für Heat-Lifting aufgezeigt werden, bei welcher sichdie operativenAnsprüche jedochauchdeut-lich erhöht zeigen.Heat-Lifting (Lot–affin): Für das Heraus-

führen der Lötspitze lassen sich die Eigen-schaften (Fließrichtung / Oberflächenspan-nung) des Lotes selbst nutzen, um die Kont-rolle über die Auskühlung einzunehmen(Bild 1). Erfolgsrelevant zeigt es sich, denAbstand eder Lötspitzemit anhaftendemLotgegenüber der Lötstelle zumaximieren.Nacherfolgtem Durchstieg des Lotes wird daherdessen Auskühlung von Bauteilseite einge-leitet und verläuft konvergent in Richtungder Lötspitze.Der Zeitpunkt für die Entnahme der Löt-

spitze muss den Lötbedingungen entspre-chend erfolgen. Bei vorzeitiger Entnahmebleibt der Konvergenz-Effekt aus, wohinge-gen eine verzögerte Entnahmeunerwünsch-te Ausformungen des Lotes bedingt. DieseProblematik ist die größere Herausforde-rung, da die Ermittlung der Parameter fürden Entnahmezeitpunkt schwierig ist.Für automatisierte Prozesse, zumBeispiel

demRoboterlöten, ließen sichdiese Parame-ter erwartungsgemäßnur unter hohemwirt-Bild 1: Über die Haftkraft des Lotes an der Lötspitze kann eine konvergente Auskühlung eingeleitet werden.

Bild:L.Skoda

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schaftlichen Aufwand individuell für jedeLötstelle, entsprechend des jeweiligen An-spruchs ermitteln. Insofern ist diese Varian-te eine suboptimale Alternative mit kaumreproduzierbarenErgebnissen imFalle eines,für die Layout-Konzeption, zu geringen Ar-beitsraumes.Das Konvergenz-Pad (Layout-Konzep-

tion):EineüberschaubareModifizierungdesLayouts der gebräuchlichen Lötflächen inFormeiner bemessenen, stegartigenAuswei-tung (Bild 2), eröffnet dieMöglichkeit, Heat-Lifting höchst kontrolliert, mit erhöhter To-leranz und effektiv auszuführen Mit einerempfohlenen Mindestbemessung der Aus-weitung des Pads (Länge ±0,75 mm / Breite±0,2mm) zeigt sichderAnspruchanden zurVerfügung stehenden Raummit gebräuchli-chen Abmessungen gut vereinbar.Gegenüber z.B. Thermal-Pads oder kurz

verlaufenden Tracks zu Vias, Messpunktenoder anderen Tracks, besitzt die stegartigeAusweitung des Konvergenz-Pads keine lei-tendeFunktion. EineEinplanung imLayout-Prozess ist daher vergleichsweise unkompli-ziert, auch eine nachträgliche Einplanungließe sich unkompliziert realisieren. Hier isteinePatentanmeldunganhängig (AZ 10 2019131 950.1).Heat-Lifting (Pad-affin): Auf einem Kon-

vergenz-Pad lässt sich die Lötspitze nun un-abhängig von den Eigenschaften des Lotesund frei von besonderer GeschicklichkeitbeimHandlöten ausder Lötstelle herausfüh-ren (Bild 3). Bei korrekter Handhabung derLotmenge bedient diese Technik zudem dieAusbildung vorzüglicher Benetzungswinkel.Bei Bedarf lassen sich Rückstände kontrol-liert absaugen, ohne Aufschmelzlinien imrelevantenBereich zu erzeugen.AuchdieserArbeitsschrittwirddurchdie Schlankheit derAusweitung begünstigt, da die Wärmeüber-tragung von der Ausweitung in die eigentli-che Löstelle hinein gering ausfällt. ImGegen-satz zur Lot-affinen Variante kann nur nochein verfrühter Entnahmezeitpunkt das Ergeb-nis im relevanten Bereich negativ beeinflus-sen.Heat-Lifting (kombiniert): Schließlich er-

höht dasKonvergenz-Pad auchdie Flexibili-tät imoperativenGeschehen.UnterVerwen-dungZusätzlicherWärme, sowie bei einer zuhoch angesetzten Löttemperatur, bleibt dieangestrebte Auskühlung im Zuge von Heat-Lifting gegebenenfalls aus. Zur Sicherstel-lungdesKonvergenzeffektes kannnunnachErreichendesRandbereichs derAusweitung,die Distanz zur Lötstelle selbst erhöht wer-den (Bild 4). Die Handhabung der Lötspitzeentspricht dann jener der optionalen bzw.Lot-affinen Variante (Bild 1). Eine gewünsch-

te, konvergente Auskühlung kann jetzt übereinen ausreichenden Abstand e' eingeleitetwerden. Jegliche Verformung des Lot-Rück-standes, durch eine verzögerte Entnahme,wirkt sich hier nicht mehr auf das Ergebnisim relevantenBereich aus. Diese kombinier-te Methode lässt sich im Besonderen für au-tomatisierte Prozesse obligatorisch anwen-den, umdie Ermittlungder Parameter auf einMinimum zu reduzieren.Anmerkung: Im Zuge von Heat-Lifting bei

Lötoperationen lässt sichnebendemvisuellfeststellbarenVoranschreitender Erstarrungzuvor (unter einer rund 25-fachenVergröße-rung) eine konkrete Strömung innerhalb desLotes ausmachen, welche in Richtung derLötspitze verläuft. Die eingesetzte Tempera-tur ist hier gegenüber des Anspruchs derLötstelle hoch. Die Strömungsgeschwindig-keit verringert sich mit wachsender Distanzder Lötspitze gegenüber der betreffendenLotmenge (Heat-Lifting), bis die Erstarrungdes Lotes in selbigem Richtungsverlauf ein-setzt.

Erhöhte Reproduzierbarkeit derLötergebnisseDiedurchdasKonvergenz-Padgewonnene

Unabhängigkeit vomWärme-Abfuhr-Verhal-ten einer Lötstelle erhöht die Reproduzier-barkeit des Lötergebnisses wesentlich. Ab-weichungenhinsichtlichder veränderlichenGrößen auch beim Handlöten (Lötdauer,Bemessung einer zusätzlichen Beheizung,Lötposition, abweichende Wärmeübertra-gungdurch individuellenAnsatz der Lötspit-ze, Dosierung von Lötzinn und Flussmittel,...) können kompensiert werden. Neben derMöglichkeit der schonendenErwärmungvon

Bild 2: Prototpypen von Konvergenz-Pads für THT-Prozesse (oben) und für SMT-Prozesse (unten).

Bild:L.Skoda


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Leiterplatte und Bauteil über die stegartigeAusweitung, zeigt sich das vorgesehene He-rausführen der Wärmequelle schonend fürempfindliche Strukturen von Bauteil undLeiterplatte bezüglich deren Auskühlung.Das Erzeugen einer Konvergenz über die

Verwendung des Konvergenz-Pads bleibtdurch seineBeschaffenheit nicht auf Kolben-lötverfahrenbeschränkt. Jene Lötverfahren,welche eine selektive Erwärmung, wie auchbei Strahllötverfahren, vorsehen, könnenhier in Erwägung gezogen werden, sofernsich die Ausrichtung der Wärmequelle ent-sprechend flexibel zeigt. Einem Abstand e'(Bild 4) wäre eine Reduzierung der Strah-lungsintensität gleichzusetzen. Das Konver-genz-Pad eröffnet so einenwichtigenSchritthin zu einerNull-Fehler-Strategie, imBeson-deren auch für automatisierte Prozesse mitgerichtetenWärmequellen.

Reflow-Löten und andereVerfahrenFür andereVerfahren, beiwelchendie voll-

flächige Miterwärmung von Leiterplatten

vorgesehen ist, eröffnen sich auf Grundlagedes ersten Teils (erschienen in Ausgabe23/2019) dieser Studie weitere Ansätze zurVerbesserung der Lötstellenqualität. Durchdie hier vollflächige Erwärmung wird dieWärmeabfuhr aus einer Lötstelle herausstark vermindert, sodass vorrangig Granu-lierungen in Verbindung mit steilen Benet-zungswinkeln auftreten.Ein Lösungsansatz bietet sich hier in der

Verwendung von Schablonen. Aus den fürden Lotpastendruck bereits vorliegendenSchablonenkönnenModifizierungen erstelltwerden, welche nach oder gegebenenfallsvor der Bestückung auf die Platine ange-bracht werden (Bild 5).Die Modifizierung sieht vor, neben den

Lötflächen nun auch die Bauteile auszuspa-ren. Das verwendete Material sollte die Pla-tine bestmöglich vor der eingesetztenWärmeabschirmenbzw. isolieren, sodass eineWär-meabfuhr in die Platine hinein stattfindenkann. Um die Wärmeübertragung auf dieLötstellen zu verbessern, ließe sich bei mo-difiziertenSchablonenbesonderer Stärke ein

Anphasen der Oberkanten in Erwägung zie-hen. Dieser Studie liegen dazu jedoch keineErfahrungsberichte vor.

Ein neuer Terminus für neueAnsätzeAuf Grundlage dieser Studie, deren

Schlussfolgerungen auf empirischem Wegeentstanden, zeigt es sich naheliegend einenneuenBegriff für denBereichder Elektronik-fertigung zu Prägen.Das angeführte Heat-Lifting stellt im wei-

testen Sinne ein Lötrofil dar, welches nebeneiner Abkühlrate auch eine Abkühlrichtungmit in Betracht zieht. Um sich hierbei nichtauf das Kolbenlöten oder andere Verfahrenmit gerichtetenWärmequellen zu beschrän-ken, kannHeat-Lifting idealerweise als eineerste Kategorie von „Operative DivergencyClearence“ (ODC) gesehen werden.Dieser Begriff bringt im generellen zum

Ausdruck, dass Divergenzen in Lötstellenoperativ – das heißt im fortlaufenden Wär-meprozess – behoben werden müssen, in-dem der Auskühlung des Lotes eine eindeu-tige Richtung zugewiesen wird. Ein beste-hendes Lötprofil kann weitestgehend einenMittelwert gegenüber der Diversität vonLötstellenundBauteilen bieten.Daher eröff-nen sichbeispielsweise für Reflow-Verfahrenvorerst keineweiterenAnsätze fürODC, aus-genommenderVerwendungvonSchablonen(Bild 5), um der Wärmeabfuhr zumindesteine klare Tendenz zu eröffnen.Mit der Prägung des Begriffes „Operative

Divergency Clearence“ sollen daher weitereAnsätze und Entwicklungen in der Verfah-renstechnik angeregt werden.Der Stand der Technik verweist auf eine

Vielzahl an Faktoren für Lötprozesse. Demsoll im Sinne dieser Studie ein Grundsatzvorweg gehen: „Lass das Lot nicht von derLeine.“ // AG

ASP

Bild 3: Über die stegartige Ausweitung des Konvergenz-Pads lässt sich Heat-Lifting zuverlässig ausführen.

Bild:L.Skoda

Bild 4: Die Toleranz beim Heat-Lifting zeigt sich hoch, ohne die Lötstelleselbst nachteilhaft zu beeinflussen.

Bild 5:Die Verwendungvon Schablonen beiReflow-Verfahren solleine hier fehlendeWärmeabfuhrausgleichen.

Bild:L.Skoda

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ELEKTRONIKFERTIGUNG // AKTUELLES


THT-Bestückung und viele wei-tere Montageprozesse erfolgennicht vollautomatisiert. Flüch-tigkeitsfehler, z.B. durch Ermü-dung, treten dementsprechendhäufiger auf als in automati-schen Prozessen. Eine Lösung,umderartige Fehler unmittelbarzu erkennen, wäre ein hochauf-lösendes, optisches Inspektions-system direkt amMontageplatz.Die Hürden für die Umsetzungeines solchenSystems sind tech-nisch kaum realisierbare Scan-oder Stop-and-Go-Kamerasyste-me sowie sich ändernde Licht-

AOI-MODUL

Realtime-Überwachung von Montage- und Bestückprozessen

verhältnisse aufgrund des offe-nen Montageumfeldes.Das MultiEyeS ist ein smartes

automatisches optisches Inspek-tionsmodul zur Integration in

Montage- und THT-Bestückplät-ze. Das Systemkonzept auf BasisderMultikamera-Bildaufnahme-technologie ermöglicht eine Ins-pektion mit hoher Bildqualitätund Detailauflösung. Dank dereingesetzten KI-Funktionen istdas System selbstlernend undarbeitet auchohneLichtabschir-mung zuverlässig. DieRealtime-ÜberwachungvonMontage- undBestückprozessen direkt am Ar-beitsplatz ist somit nicht vonLichtverhältnissen und Umge-bungsbedingungen abhängig.Das MultiEyeS plus Kamera-

modul übernimmt Vollständig-keitsprüfung sowie Positions-und Defekterkennung vonmon-tierten Elektronik- und Automo-tive-Baugruppen. THT-Bauteilelassen sich auf Anwesenheit,Lagerichtigkeit, Polarität undBeschriftung (OCR) überprüfen.DasModulmitMatrix-artig ange-ordneten Kameras sorgt mit biszu 120Megapixeln für hohe Auf-lösung ganz ohne Verschleißund wird direkt am Montage-platz integriert.

GÖPEL electronicBild:G

öpel

AdoptSMT vertreibt in Europadie neuen Bauteilprogrammier-systemeundUmpackmaschinendes taiwanesische Hersteller.Dediprog.Das Spektrum der Program-

miersysteme reicht von einzel-nen Programmiergeräten bis zuautomatischenProgrammierma-schinen mit Zuführung vomTray-Stapel, Stangen mit Wech-sel oder Gurt und Verpackenwieder in Trays, Stangenoder imGurt. Die in den Maschinen ein-gesetzten Programmiergerätesind die gleichen, die auch als

BAUTEIL-HANDLING

Bauteilprogrammiersysteme und -Umpackmaschinen

Bild:A

doptSM

TEinzelgeräte verfügbar sind– so-mit ist eine Skalierung des Pro-duktionsvolumens besonderseffizient durchführbar.Die Bauteile können mit Eti-

ketten, Laser, Tintenstrahl oderStempelmarkiertwerden.Durchden modularen Aufbau könnenauch reine Umpack-Maschinenohne die Bauteilprogrammie-rung angeboten werden. Insbe-sondere werden mit solchenMaschinen Bauteile aus Traysoder Stangen gegurtet.

AdoptSMT

Die leistungsstarke DELOLUX503 ist für industrielle Kleban-wendungenmit kleinenFlächenund sekundenschnellen Serien-prozessen konzipiert, zum Bei-

BAUTEILMONTAGE

Kompakte UV-LED für die Klebstoff-Aushärtungspiel für dasKlebenvonKamerasfür das automatisierte Fahren.Die Lampe leuchtet schräg

nach unten, wodurch sie nichtauf einer Ebene mit den zu ver-klebenden Bauteilen eingebautwerdenmuss. Zudemwurde aufein besonders geringes Einbau-maß geachtet, dies erhöht denBewegungsfreiraumvonAchsenoder Greifern und erleichtert dieIntegration in komplexe Anla-gen.Mit einem typischen Arbeits-

abstand von 15mmbelichtet dieDELOLUX 503 eine Fläche von

18mmx6mm. Sie ist in zwei Va-rianten erhältlich: Das Modellmit 365 nmWellenlänge und ei-nerNennintensität vonmehr als1000mW/cm² ist für eine schnel-le Klebstofffixierung in untereiner Sekunde optimiert. DieVersion mit 400 nm und einerIntensität von 1600 mW/cm²wurde für eine optimierte Tiefen-härtung des Klebstoffs entwi-ckelt sowie zumbesserenDurch-dringen schwer durchstrahlbarerKunststoffe. Die stufenlosen In-tensitätsregelung und die inter-nen Steuerung und Überwa-

chung wichtiger Parameter wieder LED-Temperatur verspre-chen eine hohe Prozesssicher-heit. Über die SteuergeräteDELO-UNIPRO, DELO-UNIPROLight oder eine externe SPSkön-nen bis zu vier LED-Köpfe ange-steuert werden, womit sich derKlebstoff von mehreren Seitengleichmäßig belichten lässt.Durch das auf den Klebstoff

angepasste Emissionsspektrumvermindern LEDs unnötigenWärmeeintrag in das Bauteil.

DELO

Bild:D

elo

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ELEKTRONIKFERTIGUNG // ANWENDERBERICHT


Für die richtige Balance zwischenProduktivität und Flexibilität

Smarte Lösung für Elektronikfertiger aus dem High-Mix/Low-Volume-Segment: Der EMS-Provider NES aus Neapel, Italien, hat Hard- und

Software seiner Baugruppenfertigung komplett modernisiert.

CLAUDIA MALLOK *

* Claudia Mallok... arbeitet als freiberufliche Fachjournalistin.

Der EMS-ProviderNESausNeapel, Ita-lien hat Hard- und Software seinerBaugruppenfertigung komplett mo-

dernisiert. Vor gut einem Jahr wurde dererste SMD-Bestückautomat RS-1mit TakumiHead Bestückkopf installiert, fünf weitereModelle des schnellen, intelligenten undmodularen Alleskönners folgten sowie dieTraceability-Software IFS-NX. Federführendbei der Installationund Inbetriebnahmewar

I-Tronik in Padua, Juki’s Vertriebspartner inItalien.„Unsere Strategie für die Zukunft sind kon-

tinuierliche Investitionen in Ausrüstung,Software und Mitarbeiter. Nur das ständigeWachstum dieser drei Säulen ermöglicht esuns, in unserer Branche, die immer inBewe-gung ist, erfolgreich und auf dem neuestenStand zu bleiben“, betont Marco Punzo,Gründer und Geschäftsführer von NES.„Wir begleitendie Produktentwicklungbei

unserenKundenausder Perspektive der Fer-tigbarkeit, damit unsereKundeneinProduktentwerfenund industrialisieren können, das

einfach,wirtschaftlichund inhoherQualitätproduzierbar ist“, sagt der NES-Chef.Für den Fertiger heiße das stets technolo-

gisch auf der Höhe sein und in Ausrüstung,Prozesse und Mitarbeiter investieren. Dabeikomme es nicht allein auf gut ausgebildeteund geschulte Mitarbeiter an. Wichtig sindTeamspieler, dennnur ein gut funktionieren-des Team kannmit kontinuierlicher Verbes-serung durch Innovation und Automatisie-rung, die operativen Prozesse konsequentoptimieren.

Schnelle Platzierung und großeFlexibilität mit einem BestückerNeben Juki kamen zwei andereAnbieter in

die engere Auswahl für die neuen Produkti-onslinien.Dabei lieferte der BestückautomatRS-1 von Juki im Benchmarkmit den beidenanderen Pick & Place-Automaten das besteErgebnis bei den EntscheidungskriterienSchnelligkeit, Präzision, Zuverlässigkeit,Garantie und Kosten.In denRS-1Automaten ist der Bestückkopf

TakumiHeadmit vollautomatischerHöhen-verstellung integriert. In der Vergangenheitmusste der Bestückkopf so hoch montiertwerden, dass die höchste Komponente aufder Leiterplatte platziertwerdenkonnte. Beiflachen Bauteilen bedeutet das einen unnö-tig großen Verfahrweg. Bei Takumi Headstellt ein vollautomatisches Zentriersystemden Bestückkopf während des Betriebes in-dividuell in sechs verschiedenen Höhenpo-sitionen auf die Bauteilhöhe ein. Damit be-findet sich der Bestückkopf so nahwiemög-lich andenFeedernundder Leiterplatte. Dasheißt, der Z-Achsen-Verfahrweg reduziertsich auf ein erforderlichesMinimumunddieTaktzeit wird optimiert.Der Takumi Head mit acht Vakuumpipet-

ten erreicht eine Bestückgeschwindigkeitvon42.000Bauteilenpro Stunde. Zur Schnel-ligkeit kommtFlexibilität: DasBauteilespek-trum reicht vonSMD-Komponenten von0201(metrisch) bis zu 74 mm (quadratisch) bzw.

Bild 1: Das SMT-Team der Net Electronic SMT ist überzeugt davon, dass Juki`s Konzept die richtige Balancezwischen Produktivität und Flexibilität schafft.

Bild:N

ES

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50 mm × 150 mm (rechteckig) Kantenlängeund bis 25 mm Bauteilhöhe. Jede Vakuum-pipette hat RFID-Tags für die Kontrolle undRückverfolgbarkeit.Mit der neuen Offline-Teach-Kamera und

der JaNets/NPI Plus-Software bietet der RS-1eine einfacheDateneingabe für eine schnel-lere Programmierung für alle Bauteilefor-men. Ein weiteres Novum sind die neuenRF-Feeder. Sie sind kleiner und leichter beigleicher Positionsgenauigkeit. Die geringereBreite ermöglicht bis zu 112 Feeder-Eingängebei 8 mm Feedern.

Vollständige Traceability fürProdukt und ProzessRückverfolgbarkeit ist ein wichtiges The-

mabeiNES. Kunden erwarten von ihrenLie-feranten eine eindeutige Identifikation undTraceability jedes elektronischen Bauteils,umbeiMängelndiemöglichenFehlerquellenschneller eingrenzen zu können. Auch derFertiger selbst profitiert von durchgängigerTraceability. Mehr Transparenz ermöglichtnachhaltiges Kostenmanagement und Pro-zessoptimierung.NES hat neben der Hardware Juki‘s Trace-

ability-Software IFS-NX (intelligentes Fee-dersystemmit kontaktloser RFID) für intelli-gente Rüstkontrolle und vollständige Rück-verfolgbarkeit installiert (Bild 3).Die Softwareüberprüft die für die verwen-

deten Rollen erforderlichen Teilenummern,um sicherzustellen, dass die richtigen Bau-teile bestückt werden. Die Produktion kannnicht gestartet werden, wenn eine Kompo-nente fehlerhaft ist. Jede Feeder-Positionwird automatisch erkannt,wenndie Feeder-Bankpositioniertwird (Bild 4). DieÜberein-stimmung wird auch jedes Mal überprüft,wenn eine Komponente aufgefüllt wird. Fürdie vollständigeRückverfolgungwerdendieChargennummern der Bauteile aufgezeich-

net und mit der Seriennummer der Leiter-platte, auf der sie verbaut sind, verknüpft.DasOffline-Einrichtender Zuführungmit-

hilfe von Zuführwagen reduziert Fehler undverkürzt die gesamte Einrichtungszeit, in-dem Bediener durch den Prozess geführtwerden. Die Chargennummern der Kompo-nenten können während der Produktionaufgezeichnet und mit der Seriennummerder Leiterplatte verknüpft werden, auf dersie angebracht sind, um eine vollständigeund genaue Rückverfolgbarkeit zu gewähr-

Bild 2: Der Bestückautomat RS-1 punktete in Schnel-ligkeit, Präzision, Zuverlässigkeit, Garantie undKosten und ist zudem einfach einzurichten.

Bild:N

ES

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Sprechen Sie uns an!Wir setzen Ihre Idee um.Bild 3: Der intelligente Feeder prüft kontaktlos via WLAN, ob sich das richtige Bauteil auf der Rolle befindet

und verriegelt im Fehlerfall.

Bild:Juki

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Net Electronic SMTDas 2002 gegründete EMS-Unterneh-men Net Electronic SMT (NES) ausNeapel fertigt technologisch an-spruchsvolle elektronische Bau-gruppen im High-Mix/Low-Volume-Segment. Sicherheit, Zuverlässigkeit,hohe Professionalität, Flexibilität unddie Leidenschaft für Elektronik sinddie Unternehmenswerte.NES ist zertifiziert nach ISO 9001,ISO 9100, IRIS sowie ATEX und fer-tigt für 69 verschiedene Kunden inder Bahntechnik, Verteidigung, Luft-und Raumfahrt, Telekommunikation,Hochfrequenztechnik, Industrie-elektronik und Gebäudetechnik.Seit einigen Jahren arbeitet man mitchinesischen, spanischen, deut-schen und schwedischen Partnern zu-sammen und ist besonders stolz aufein Joint Venture mit einem Zuliefererfür die deutsche Automobilindustrie.

leisten. IFS-NX zeichnet die Wartungs- undInspektionshistorie der Feeder auf und ver-waltet sie. Wartungspläne werden erstellt,und Warnungen können basierend auf dertatsächlichen Verwendung festgelegt wer-den, einschließlich Kommissionierzyklen,Betriebsstunden und Fehlkommissions-raten.„Die Traceability schätzenunsereKunden

bei der neuen Produktionslinie besonders“,betontMarcoPunzo. „Unser Systemermitteltnicht nur einen effizienten und sicheren in-ternen Zyklus, sondern kann ihn auch vomCode auf einem Produkt bis zum gesamtenProduktionszyklus ermitteln und die Leiter-platte mit den verarbeiteten Bauteilen ver-knüpfen“, erklärt erweiter. Die Bauteile, dieinternen produktionsbegleitenden Doku-mente unddie fertigenBaugruppen werdendurch Strichcodes und QR-Codes identifi-ziert. „Für uns bietet die Transparenz, diewirdurch die Rückverfolgbarkeit des Prozessesgewinnen, die Möglichkeit, weiteres Opti-mierungspotential zuhebenundunsere Pro-duktivität zu steigern“, fasst Marco Punzozusammen.

Ausrüstung, die der italienischeMarkt brauchtInstallation von Hard- und Software war

der Part der Firma I-Tronik, seit der Produc-tronica 2013 Vertriebspartner von Juki inItalien. „Mit I-Tronik arbeitenwir seit unsererGründung im Jahr 2003 zusammen unddurch den Vertrieb für Juki noch enger“, be-richtet Marco Punzo.I-Tronik mit Sitz in Padua rüstet Elektro-

nikfertigermitMaschinen,AnlagenundVer-brauchsmaterialien aus. Seit mehr als 25Jahren beliefert I-Tronik den italienischenMarkt, den italienischen Teil der Schweiz,Malta und Slowenien. Sieben erfahrene Ser-

vicetechniker übernehmen Maschinenins-tallation, Schulung,WartungundService vorOrt.Seit 10 Jahren lädt I-Tronik einmal im Jahr

zu einem dreitägigen Workshop mit Live-Präsentationen ein. Auf direktem Weg wer-den Neuigkeiten, technische Details undEntwicklungen im Markt gezeigt und dieAnforderungen an Elektronikfertiger disku-tiert. So findet man heraus, welche Ausrüs-tungder italienischeMarkt hat und sucht diebesten technischenLösungen. „Andererseitsgebenwir unserenLieferantenundPartnernein kontinuierliches Feedback, umsie dabeizu unterstützen, ihr Angebot immer weiterzu verbessern“, erklärt Michele Mattei, Ver-

triebschef und einer der beiden Unterneh-mensgründer das Erfolgsrezept.

Nicht nur ein Händler sondernein echter Partner„Mit Juki bieten wir unseren Kunden eine

bekannte und renommierte Marke an, dieeinfach zu installieren ist und kaum Serviceerfordert, denn Juki gibt drei Jahre Garantieauf jeden Automaten. Darüber hinaus kön-nenwirmit Juki die gesamte SMD-Linie vomDrucker über die Bestückautomatenbis zumReflow-Ofen mit vollständiger Rückverfolg-barkeit aus einer Hand anbieten“, so derVertriebschef. „Der Hauptvorteil für unsereKunden ist, dass sie in I-Tronik einen echtenPartner undnicht nur einenHändler an ihrerSeite haben“, betont er. Über dieMaschinen,Standardinstallation und Service hinaus er-halten Elektronikfertiger wertvolle Unter-stützung, wie sie die Organisation ihrer An-lagenundProzesse verbessern können, stelltder I-Tronik-Manager denMehrwert für seineKunden heraus.NES-Geschäftsführer Marco Punzo bestä-

tigt: „I-Tronik und Juki waren für uns echtePartner in diesemProjekt.Mit beidenhattenwir dieMöglichkeit, über dieNeuorganisati-onunserer Fertigungnachzudenkenundunsberaten zu lassen, wie wir die Effizienz un-serer Fertigung steigern können.“ // AG

JUKI

Bild 4: Jede Feeder-Position wird automatischerkannt, wenn die Feeder-Bank positioniert wird.

Bild:N

ES

Bild 5: Bei NES wird der gesamte interne Ablauf erfasst, um die Rückverfolgbarkeit der Produktion fürKunden zu gewährleisten.

Bild:N

ES

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FLEXIBLE ELEKTRONIK

Prüfung direkt von der Rolle

den über den gesamten Prüfzyk-lus. Um das korrekte Einführender Rollenbahn in den Prüfbe-reich zugewährleisten, korrigiertdasAbwickelsystemdie Positionder Walze automatisch mittelseinesBahnspannmechanismus,und ein integrierter Ionisatorneutralisiert den elektrostati-schen Ladungsaufbau auf denPrüflingen.

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Das digitale 3D-Betrachtungs-systemDRV-Z1 (DeepRealityVie-wer) dient alsMikroskop-Varian-te mit Stereozoom. Es wurdespeziell für Inspektions- undFertigungsanwendungen entwi-ckelt undvereint dieVorteile deroptischen Stereomikroskopieund der digitalen Technologie.DRVerzeugt hochauflösende 3D-Stereo-Bilder, ohne einen Moni-tor zu verwenden oder das Tra-

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3D-Full-HD-Betrachtungssystemgen von Headsets oder Spezi-albrillen zu erfordern.Das Zoom-Modul istmit einem

Zoomfaktor von 10:1 ausgestattetund erlaubt einen Vergröße-rungsbereich von 6x – 93x, jenach Objektiv. Das digitale 3D-Stereobild wird auf einen 400 x225mmgroßenHohlspiegel pro-jiziert, in einemSeitenverhältnisvon 16:9. Der maximale Arbeits-abstand beträgt 182 mm und er-möglicht somit einen optimalenEinsatz von entsprechenden Ar-beitsmitteln. Das digitale Stere-obild des DRV-Z1 bietet eine na-türliche 3D-Ansicht und einerechtenTiefenwahrnehmung, diez.B. denEinsatz vonWerkzeugenwie Lötkolben, Entgrater,Mikro-pinzetten oder ähnlichen, bei derBearbeitung oder ManipulationvonObjektennochbesser unter-stützt.

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MIMOT SMART STORAGE ist einBauteile-Warenflusssystem undbildet das Herzstück einer opti-mierten Lager- und Logistiklö-sung. Die komplett modulare

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Optimierter Wertfluss in der BauteilelogistikBauweise ermöglicht Kundenschrittweise ihre Lagerkapazitä-ten dem Bedarf anzupassen,oder zusätzlicheModule zu inte-grieren.Der Wareneingangsscanner,

das WI-Modul, ist eine Relabe-lingstation mit automatischerErfassung der Labels durch einspezielles Vision System, hat ei-ne IntegrierteDatenbankvorpro-grammierter SMD-Bauteile-Her-steller zur Verifikation der Her-steller InformationenunderteilteineUnique ID für eine 100%igeRückverfolgbarkeit.

Einlagern in das SMART STO-RAGE System geschieht je nachAutomatisierungsgrad robotischdirekt abWareneingangsscanneroder automatisch vom Reeltrol-ley. Der integrierbare Röntgen-Bauteilzähler ermöglicht einepräzise Mengenerfassung. Da-durch wird eine optimierte Ein-kaufssteuerung erreicht die ge-ringe Kapitalbindung durch tie-fen Lagerbestand erlaubt, sowieStillstandzeiten der SMD-Liniendurch fehlende Bauteile vermei-det.MSDHandling ist durchTro-cken- und Schnelltrocknungs-

module sichergestellt. Ausgela-gert werden die Rollen automa-tisch auf den Reeltrolley oderüber einKarussell, wo sie bedie-nerlos von einem AGV zur Linietransportiert werden. Dies er-laubt dem Maschinenbedieneran der Linie zu sein, sorgt durchEchtzeitkomponentenanforde-rung vonMaschinen für automa-tische, zeitgerechte Materialzu-führung und begrenzt Work inProcess (WIP) auf die laufendeProduktion.

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Bild:M

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Die kollaborierenden Automati-onsplattform MPC ist eine flexi-ble Lösung, die je nach Kunden-wunsch mit verschiedenenWerkzeugen – Lötkolben, Dis-penser, Schrauben- und Be-stückwerkzeugen oder Greifer –ausgestattet werden kann. Auchder Einsatz unterschiedlicherWerkzeuge in einemArbeitspro-zess ist angedacht.Die Komplettanlage MPC KL

(Kolbenlöten) kann mit Kolben-lötsystemenvon JBCoderHakkoausgerüstet werden. Der Lötkol-ben sitzt fest montiert am Arm

VERBINDUNGSTECHNIK

Vollautomatisches Kolbenlöten mittels kollaborierendem Roboterdes Roboters, inklusive desDrahtvorschubs (Sensitive WireFeeder, SWF). Roboter, Steue-rungssysteme und Lötkolbensind dabei eine Maschinenein-heit. DieGesamtanlagewird vomEingabebereich, der in der Stan-dardausführung aus einemRundtakttisch zur manuellenBaugruppenbestückungbestehtund einer Sicherheitszelle, umdenLötprozess herum, komplet-tiert. In der Prozessfläche selbstist desWeiteren eine Lötspitzen-halterung vorgesehen, mit derder vollautomatische Wechsel

der Lötspitzen erfolgt. OptionalkannderRundtakttisch auchge-gen ein Bandsystem ausge-tauscht werden. Das Lötsystemkann dadurch inline genutzt

werden oder über einen Bau-gruppen-Carrier be- und entla-den werden.Bei dem eingesetzten Roboter

handelt es sich um einen Pandavon German Robotics, der mitDrehmomentsensoren, die inalle siebenAchsenverbaut sind,ausgestattet ist. Der Panda istmiteiner genauesten Kontakterken-nung ausgestattet und stopptdaher sofort bei Kollisionenundnicht einprogrammiertenBerüh-rungen.

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Bild:FotostudioLebh

erz/Eutect

Das neue Flux-Cover ist einewässrige, milchige Flüssigkeit,die zur Beschichtung der Ober-flächen von Bauteilanschlüssenverwendet wird und die einenzuverlässigen, lötbaren Schutzbietet. Das Flux-Cover PFS-001hält unter anderem der Bega-sung mit Schwefeldioxid (SO2)stand. Probenmit einer Cu-Ober-fläche zeigten keineAngriffsspu-renundauchder anschließendeLötbarkeitstest wurde mit sehrguten Ergebnissen abgeschlos-sen. Besonders bei schwer be-netzbaren Bauteilen, beispiels-

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Flux-Cover zum Oberflächenschutz von Bauteilanschlüssen

weise THT-Bauteile mit Nickel-Messing-Pins, sorgt das Flux-Cover für ein gutes Lötergebnis.Das Flux-Cover istmit allenEmil-Otto-Flussmitteln kompatibel.Der Auftrag zur Beschichtungvon Bauteilanschlüssen sollte

vorzugsweise durchTauchenderAnschlüsse in das Flux-Covererfolgen. Die Eintauchtiefe füreine optimale Beschichtungmuss vomAnwender selbst fest-gelegt werden. Werden die Bau-teile unmittelbar nach dem Be-schichtungsprozess montiert,können sie direkt verarbeitetwerden. Bei einer automatischenMontage ist eine nachträglicheTrocknung erforderlich. Der fol-gendeWellenlötprozesswirdwiegewohnt durchgeführt. Werdendie beschichteten Teile nicht so-fort verarbeitet, sondern gela-

gert, müssen die Beschichtun-gen vorab sofort undvollständiggetrocknet sein (erfahrungsge-mäß 15 Minuten bei 120 °C). Dieanschließende Lagerung kannbei Raumtemperatur erfolgen.AusdemLager entnommenebe-schichtete Bauteile könnenohneweitereVorbehandlungverarbei-tet werden.DieViskosität des Flux-Covers

kann vom Anwender durch Zu-gabe von EO SPECIAL THINNERPFS-V /WB eingestellt werden.

Emil Otto

Bild:EmilOtto

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Mit dem reduzierendenOpenair-Plasma lassen sich Oxidschich-ten und schwächere organischeVerunreinigungen in einem ein-zigen Prozess entfernen. Einespezielle Kombination aus Gas-gemisch und einem neuartigenDüsentyp macht die Erzeugungeiner stark reduzierendenAtmo-sphäre um den ArbeitsbereichherumwährendderBehandlungmöglich. Die Anzahl der aktivenRadikale und Ionen pro Volu-meneinheit ist um fünf Größen-ordnungen gegenüber Nieder-druck-Wasserstoffplasmen er-höht und erlaubt eine sehr kurzeBehandlungszeit. Durch dieKombination vonDüseundGas-gemisch wird die Behandlungvon Metallflächen möglich, dienur in Niederdruckplasma oderunter Schutzatmosphäre behan-delbar sind. Eine PlasmaPlusBeschichtung verhindert z. B. dieReoxidation von Kupfer. AuchPlatinen aufKunststoff- oderMe-

OPENAIR-PLASMA

Reinigung von Metalloberflächen

tallkernbasis können ohne ther-mische Schäden bearbeitet wer-den. Keramik- und LS-Schalter-Träger sindnachdemDiebondenundvor demWirebondenbehan-delbar. DasPlasma ist elektrischneutral, wodurchChip-Schädendurch elektrostatische Ladungenausgeschlossen sind. Das Ver-fahren ist für Halbleiter sowieauf LED-Gehäuse und Substrateanwendbar.

PlasmatreatBild:Plasm

atreatGroßeTeile des Flussmittels und

ein geringerAnteil des Lotes ver-dampfen während des Lötens.Dabei entstehen Aerosole undPartikel, welche in den Ferti-gungsbereich gelangen undschwere ErkrankungenbeimPer-sonal hervorrufen können. Zu-sätzlich entstehenbei der Erwär-mung u.a. der Trägermaterialender BaugruppeGase,welche ausAerosole bestehen, die die Löt-maschinen und Produkte ver-schmutzen können. Die neueGerätevariante LRA 160.1 ist einemobile und flexible Lösung zurBeseitigung kleinerer bzw. mitt-lererMengenanLötrauch.NebeneinemverbessertenGerätehand-ling bietet die Filteranlage einehohe Filtrationsleistung, ge-räuscharme Arbeitsweise sowieein sehr gutes Preis-Leistungs-Verhältnis. Aufgrundder langenFilterstandzeitenprofitierenAn-wender mittelfristig von merkli-chen Kosteneinsparungen. Der

LÖTRAUCHABSAUGUNG

Mobile Filteranlage

mobile, robuste und kompakteAufbaudes LRA 160.1 ermöglichtflexible Einsätze an wechseln-den Handarbeitsplätzen. Übereine D-Sub-Schnittstelle kanndas Gerät zudem mit externenLötanlagen für einen automati-sierten Betrieb verbunden wer-den.Die Filtergeräte bieten stan-dardmäßig Installationsmög-lichkeiten für einen Absaugarmbzw. zwei Schläuche mit DN 50.

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Bild:U

LT

Bishermussten für optomechat-ronische Tests aufwendige undproduktspezifische Prüfplätzeund Testapparaturen gebautwerden oder Bedienpersonaleingesetzt werden, das die nöti-gen Tests manuell durchführt.Der neue SPEA T100 bietet einekostengünstige und universelleinsetzbare Lösung für die unter-schiedlichsten Produkte. BeiProduktwechsel müssen ledig-

OPTOMECHATRONISCHE TESTS

Universell einsetzbarlichdas Testprogrammgeändertbzw. angepasst und falls erfor-derlich dieWerkzeuge (Aktuato-ren) einfach gewechseltwerden.Der T100 basiert auf der SPEA

Flying Probe-Technik, das heißtauch hier werden beim Antriebauf allen Achsen (x, y, z) Linear-motoren eingesetzt. Die Genau-igkeit garantierenoptischeEnco-der. Mit frei beweglichen Aktua-toren kalibriert und testet derT100 modernste Mikroelektro-nik-, Mikromechanik-, Mikro-optik-, Sensor- undMEMS-Tech-nologie. Der T100 kann mit un-terschiedlichen Werkzeugenbestückt werden, die Kalibrie-rungen, elektrische, mechani-sche und optische Tests durch-führen. Die Systemsoftware istbedienfreundlich und enthälteine automatische Testpro-grammgenerierung.

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Bild:SPEA

Immer kleinere Embedded-Bau-gruppen mit steigender Pa-ckungsdichte müssen eine hun-dertprozentig sichere Funktiona-lität aufweisen. Nicht immer isteine solche Hardware ohne ex-terne Kontaktierung komplettprüfbar undmanmuss auf hoch-präzise Kontakteinheiten zu-rückgreifen. Der Prüfadapter Y-ETI eröffnet demAnwender vieleneue Möglichkeiten zur Kontak-

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zum Kontaktieren unterschied-lichster elektrischer Baugrup-pen. Sind es hochperformanteSignalqualität, enger Testpitch,ein- oder doppelseitige Kontak-tierung–dermodulare und sehrflexible, aber dennoch robusteund leicht zubedienendeAufbauermöglicht dem Anwender mit-tels der Kassetten- oder TAB-Kontaktierung alle Möglichkei-ten.Einmal aufgebaut, ist der Y-ETI

nicht an eine Testsystemkonfigu-ration gebunden, sondern kannohnegroßenAufwand schnell anandere Umgebungsschnittstel-len angepasst werden.

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Bild:Yam

aichi

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STROMVERSORGUNGEN // NETZGERÄTE & NETZTEILE


Nicht trivial: Schalttransistor undMOSFET-Treiber fallen häufig aus

Zuverlässige Stromversorgungen sind eine Grundvoraussetzung fürgeringe Ausfallraten von Elektrogeräten. Dieser Beitrag erklärt

typische Probleme bei Stromversorgungen und wie man sie vermeidet.

PROF. MARKUS REHM *

* Prof. Markus Rehm... ist Experte für Leistungselektro-nik und Stromversorgungen sowieHonorarprofessor an der HochschuleFurtwangen.

Heutzutage werden für Schalttransis-toren fast immer MOSFETs verwen-det. Sie sind kostengünstig und ha-

ben auch bei hoher Spannungsfestigkeitkleine Schalt- undDurchlassverluste. Außer-demkannman sie relativ einfach ansteuern,zur Verfügung stehen viele integrierte Trei-berschaltungen. Allerdings muss man auf-

passen, dass MOSFET und Treiber-IC zuein-ander passen. Immer wieder finde ich Feld-ausfälle, die auf ein schlechtes Design vonSchalttransistor undTreiber zurückzuführensind.

Fehler bei der Auswahl desMOSFET-Gate-TreibersBild 1 zeigt ein typisches Schaltbild mit

MOSFET M1 und Gate Treiber IC. Ebenfallsgezeigt sind die zu schaltende InduktivitätL1, der Strommesswiderstand R3 und dasNetzwerk zwischen Treiber und Gate, umEin- und Ausschaltverhalten zu optimieren(R1, D1, R2).

Fast immer wählt man einen Treiber, derso wenig wie möglich kostet und den benö-tigten Spitzenstrom für eine schnelle Gate-Ladung gerade noch liefern kann.EinMOSFETwirdniederohmig, d.h. er be-

ginnt zu leiten, wenn dessen sogenannteSchwellenspannung am Gate erreicht wird.ImDatenblatt ist das als „gate threshold vol-tage“ spezifiziert. Der obere Teile von Bild 2zeigt beispielhaft die entsprechendenDaten-blattauszüge von drei verschiedenen MOS-FETs.FETAwird zwischen0,5 und 1,5VamGate

niederohmig, bei FETB ist es zwischen 1und3 V und bei FET C liegt der Pegel zwischen 3und 4,5 V.MOSFETs mit niedriger Gate-Schwellen-

spannung werden oft als modern und gutangepriesen. Man spart Energie – die Span-nung geht sogar quadratisch in die Verlust-leistung ein.Natürlich reicht dieseGatespannungnicht

für einen guten Einschaltbetrieb aus. UmeinenniedrigenEinschaltwiderstand (Drain-Source-ON-Widerstand, RDSon) zu erreichenmuss einewesentlichhöhereGatespannunganliegen, z.B. 10 V.Um den MOSFET hochohmig zu steuern,

d.h. auszuschalten,muss dieGatespannungdauerhaft unddeutlichunter der Schwellen-spannung liegen. Im Schaltbild sieht man,dass der Treiber auf „low“ zieht. Aber wasbedeutet „low“? Klare Antwort, „low“ sollteNull Volt sein, oder zumindest fastNull Volt.Das schauen wir uns mal genauer an. Im

unteren Teil von Bild 2 sind beispielhaft dieentsprechendenDatenblattauszüge von zweiverschiedenen Gate-Treiber-ICs gezeigt. BeiTreiber A bedeutet „low“ im schlechtestenFall 1,5V–kaumzuglaubenaberwahr. ZumAnsteuern vonFETCwürdedaspassen, aberbei den anderen beiden FETs A und B ist esso, dass der Schalttransistor imAus-Zustandnicht richtig sperrt.Wie gesagt, das geschieht im schlechtesten

Fall, der so selten ist, dass er während der

Explosiv:Wenn MOSFET und Treiber-IC nicht zusammenpassen, kann der Schalttransistor wie in diesemFeldrückläufer explodieren.

Bild:M

arkusRehm

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Entwicklung wahrscheinlich gar nicht auf-tritt. Erst nach der Massenproduktion wer-den diese ungünstigen Kombinationen auf-treten und zu „unerklärlichen“ Ausfällenführen,wennSie viel Glückhabenbereits imEndtest, meistens jedoch erst beim Kundenin seinem Gerät.Wesentlich besser geeignet wäre Treiber

B, dabedeutet „low“max. 35mV. Ichbrauchewohl nicht zu erwähnen, dass dieser Typ ei-niges teurer ist. Es ist Ihre Entscheidung, obdiese Mehrkosten eine höhere Zuverlässig-keit rechtfertigen. Viele Netzteil-Herstellermüssen den letzten Cent rauskitzeln undentscheiden sich natürlich – für die günsti-gereVariante. Schließlich ist beimDauerlauf-test nichts kaputt gegangen.

Hat der MOSFET-Gate-Treibereinen Einfluss bei Störungen?ImGerät oder Feld auftretende Störungen

können z.B. über die parasitäre Millerkapa-zität (von Drain nach Source) zusätzlich La-dung auf das Gate bringen. Dann kann eszumunerwünschtenEinschaltendes Schalt-transistors kommenundes knallt. Deswegenist es immens wichtig, dass der Treiber dasGate wirklich richtig niederohmig hält.WeilmancheDatenblätter heutzutage aus

marktstrategischen Gründen „geschönt“sindoderwichtige Eigenschaftenundeutlichdargestellt werden, könnte man die Immu-nität auch selber testen. Einfach im Betriebüber einen Widerstand etwas Strom direktinsGate einspeisenunddabei dieGatespan-nungmessen,wann sie die kritische Schwel-lenspannung erreicht. Dann weiß man, wie

viel eingekoppelten Störstrom das Netzteilaushält.EinewirksameVerbesserung erreichtman

mit einem Widerstand Rgs von Gate nachSource (Bild 1). Mein Chef hätte mich früheran den Ohren gezogen, wenn ich diesenWi-derstand vergessen hätte.Leider sehe ich bei vielen Ausfällen, dass

dieser Gate-Source-Widerstand fehlt. VieleEntwicklermeinen, dass einmodernes Trei-ber-IC reicht. Klar, auch ohne diesenWider-stand funktioniert dasNetzteil auf demLab-ortischundbeimDauertest. Außerdem ist erin den meisten Application notes nicht ein-gezeichnet. Die Ausfälle kommen erst dannwenn sie weh tun – beim Kunden im Feld.DerKundewirddannbeschuldigt seineNetz-teile schlecht zu behandeln, man hat ja um-fangreiche Dauertests gemacht und da gabes überhaupt keine Ausfälle.Es sei noch erwähnt, dass dieser Gate-

Source-Widerstand meistens sehr einfachzumEinbauen ist. Egal obSMDoder throughhole Typ, zwischen Gate und Source gibt esimmer ein Plätzchen für einen 0603 Wider-stand. Die Frage wäre dann noch, welcherWiderstandwert soll es denn sein? Pauschalgesagt: 47 kΩ sind besser als nichts, aber 22kΩ oder sogar 10 kΩ sollten es schon sein.Das hängt natürlich von verwendetem Trei-ber und MOSFET ab und auch das Layoutspielt eine wichtige Rolle.Vielemeinen, eine dicke Leitung vomGate

zum Treiber ist das Wichtigste, weil der Ga-testrom groß und kurz ist. Aber der Stromfließt ja immer imKreis, also beimAusschal-tenüber die Treiber-Masse,weiter durchden

Bild 1: typisches Schaltbild mit MOSFET M1 und Gate Treiber IC.

Bild:M

arkusRehm


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Shunt R3und zur Source. Diese aufgespann-te Fläche sollte klein sein, die Gesamtlängemöglichst kurz und auf Durchkontaktierun-gen sollte man verzichten. Das ist gut fürImmunität und Emission.Es sei noch erwähnt, dass „moderne“

MOSFETs nicht nur auf eine niedrige Gate-Schwellen-Spannungoptimiertwerden, son-dern auchauf eine kleineGate-Source-Kapa-zität. Beides reduziert die Treiberverluste,aber verschlechtert die Immunität. Deswe-genkönntemanauchnoch einenKondensa-tor Cgs (ca. 1 nF, nicht gezeigt) parallel zu Rgs

setzen.Manchmal siehtmanauchnoch eineZenerdiode von Gate nach Source, z.B. 15 V,umgefährlicheÜberspannungen zu vermei-den.Der Treiber muss nunmal den nötigen

Strom durch den zusätzlichen Rgs (und ev.Cgs) liefern und das erhöht die Leistungsver-luste. Prinzipiell gilt für alle Schaltungsteile:entweder hochohmig und störanfällig oderniederohmig und verlustreich.

Ist der MOSFET-Treiber wirklichimmer ein oder aus?In Bild 3 sieht man die Endstufe des Gate-

Treibers,welcheprinzipiell aus zwei Transis-torenbesteht. Der obere Transistor (Top-FETQ1) zieht den Ausgang auf high, um den FETM1 einzuschalten, der untere Transistor (Bot-tom-FET Q2) zieht auf low, um den FET M1auszuschalten. Klare Sache–wo ist das Pro-blem?Im Idealfall sollte es nur zwei Zustände

geben, entweder „Q1 ein und Q2 aus“, dannist der FET M1 ein, oder „Q1 aus und Q2 ein“und dann ist der FET M1 aus. In der Realitätist das nicht möglich. Beide Transistorendürfen nicht gleichzeitig leiten, ansonstengibt es einen „heißen Zweig“, also einenKurzschluss über derVersorgungsspannungVCCdurchQ1undQ2. Es gibt also ständigUm-schaltzeitpunkte, wo der Treiberausganghochohmig ist.In den Datenblättern der Treiber ist das

leider meistens nicht gut spezifiziert. Hin-weise erhält man durch „delay time“, „risetime“ und „fall time“. Und dann sind dieAngaben fast immer bei 25 °C, dochwelchesIC wird bei dieser Temperatur betrieben?Nehmenwir ein Beispiel mit einer Schalt-

frequenz von 100 kHz und jeweils 100 nsUmschaltzeit. Das ergäbe während 10 µs ei-nen hochohmigen Zustand von 200 ns, dasbedeutet 2% der Periode.Auch hier hilft nur ein Widerstand von

GatenachSource, umdasRisiko zuminimie-ren, dass der Schalttransistor nicht ausver-sehen zufällig durch eine Störung zum fal-schen Zeitpunkt einschaltet.

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Wenn es nicht nur einen Schalttransistorgibt, sondern zwei, dann ist dieAnsteuerungnochkritischer. Undwennein Schalttransis-tor in einer Halbbrücke schwebend ist, alsokeine feste Referenz ander Sourcehat, dannist auch das richtige Messen mit potential-freiem Tastkopf schwierig.

Sind Entwicklungsfehler imDauertest feststellbar?Viele meiner Kunden sind der Meinung,

dass sich Entwicklungsfehler herausfindenlassen, wenn sie intensive Dauertests imTemperaturschrankmit verschiedenenLast-zyklen und Ein-Ausschalt-Profilen vor-nehmen. Leider ist das nicht der Fall.Falls es beim Dauertest zu einem „uner-

klärlichem“ Ausfall kommt, nimmtman an,dass zuhart getestetwurdeunddies ja nichtdem Realfall entspricht. Man ist ja schonfertig mit der Entwicklung, die nötigen Zu-lassungen sind endlich da und die Prospek-te gedruckt. Da traut sich keiner dieHand zuhebenundeineweitereUntersuchunganzu-ordnen, geschweige denn ein Redesign zuverlangen.Darüber hinaus ist es in denmeistenFällen

so, dass solche Ausfälle erst nach Monatenoder Jahren imFeld auftreten, durchStörun-gen imUmfeld,wenndieBauteile altern oderdurch Bauteiltoleranzen.

Zum Schluss noch eininteressantes FallbeispielIn einer großenProduktionsanlage gab es

Netzteilausfälle, sehr selten, aber dieKonse-quenz war sehr teuer, weil daraufhin allesstill stand und es lange dauerte, bis die Pro-duktion wieder richtig lief.Bei denAusfällenwar der Schalttransistor

kaputt, die Sicherung offen und teilweise

auch das Gate-Treiber-IC oder der Shunt-Widerstand gesprengt, einmal auch eineLeiterbahn geschmolzen.Meine Analyse ergab, dass das kunden-

spezifische Netzteil gar nicht so schlechtwar (für uns Schwaben bedeutet das gut).Ehrlich gesagt habe ich keinen Entwick-lungsfehler gefunden, was sehr selten derFall ist und einen Fehler konnte ich auchnicht reproduzieren. Allerdings ist mir auf-gefallen, dass diese oben erwähnte „Aus-schaltstromschleife“ etwas lang war, dieaufgespannte Fläche war groß und es gabsogar zweiDurchkontaktierungen.Vielleichtwurden da Störaussendungen der Produkti-onsanlage eingefangen?InmeinerVerzweiflunghabe ich genaudas

moniert und empfohlen, einen Widerstandvon Gate nach Source einzubauen. Gute Ar-gumente hatte ich keine, aber ich habe allesandere ausgeschlossen.DerNetzteil-Herstel-ler war sauer, weil er die „total unnötige Än-derung“ realisierenmusste. Zuerst durchdas

Einlöten des SMD Widerstandes von Handunddannein kleines Layout-Redesign. Eini-ge Jahre später habe ich erfahren, dass es inder Folgezeit keine Ausfälle mehr gab.So vermeidenSieAusfälle vonSchalttran-

sistor und Treiberschaltung: Es gibt unterschiedliche Spannungs-schwellen von Treiber-ICs und MOSFET-Ga-tes. Diese müssen zusammen passen, dafürdie Datenblätter Details genau lesen undauch das Kleingedruckte studieren.Hochohmige Zeitpunkte sind am Gateimmer vorhanden und gefährlich, weil Stö-rungen den Schalttransistor triggern kön-nen. Deswegen immer zusätzlich ganz naheinen Widerstand von Gate nach Sourceeinbauen (z.B. 4,7 bis 22 kΩ). Auch das Layout ist wichtig: Stromschlei-fen für Ein- und Ausschalten im Schaltplanaufzeichnen und auf der Leiterplatte nach-verfolgen, keine großen Flächen aufspan-nen, Durchkontaktierungen vermeiden.Dadurch werden zusätzliche Impedanzenim Ansteuerstromkreis vermieden und dieStörempfindlichkeit reduziert.Die Hinweise gelten auch, wenn man dieTreiberstufe diskret aufbaut.Am Ende noch ein wichtiger Tipp: Viele

Gate-Treiber sind schon in SMPS-Controller-ICs eingebaut. Das vereinfacht die Netzteil-entwicklung. Schauen Sie bei der Auswahldes Controllers auch ganz genau auf deninternenTreiber. Der braucht vielHalbleiter-fläche und die kostet Geld. Deswegen wirddort gern gespart. Lassen Sie die Finger vonbilligen ICs, wo der Treiber nur ungenügendspezifiziert ist. Investieren Sie lieber etwasmehr in einengutenGate-Treiber und sparenSie diewesentlichhöherenKosten, die Feld-rückläufer verursachen. Außerdem könnenSie Nachts viel besser schlafen. // TK

IB Rehm

Bild 2: Auszug aus den Datenblättern verschiedener MOSFETs (oben) und Gate-Treiber-ICs (unten).

Bild 3: Im grün gestrichelten Kasten ist die Endstufe des Gate-Treiber-ICs als Komplementärendstufegezeichnet. Der rote Pfeil symbolisiert den Einschaltstrom im Top-FET, der blaue Pfeil den Ausschaltstromim Bottom-FET.

Bild:M

arkusRehm

Bild:M

arkusRehm

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STROMVERSORGUNGEN // AKTUELLES


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von DHYBRID werden in klima-tisierten 10-, 20- und 40-Fuß-Containern installiert und kön-nendurch ein SCADA-SystemmitVPN-Zugang nahtlos überwacht

werden. Damit sind sie beson-ders dafür geeignet, die Versor-gungssicherheit in netzfernenundklimatisch anspruchsvollenGebieten sicherzustellen. DieKapazität liegt zwischen100 kWh und mehreren MWh,die Lade- undEntladerate bei biszu 2C. Je nach benötigter Leis-tung und Anwendungsbereich

kommen Lithium-Ionen-Quali-tätszellen von Anbietern wieSamsung oder LG zum Einsatz,die auch das Batteriemanage-ment bereitstellen. Das sorgt fürdie bestmögliche und sichereSteuerungderBatteriezellenund-module in allenBetriebszustän-den. Auch der integrierte Batte-riewechselrichter wird für jedes

Projekt spezifisch geplant undkonfiguriert.Das neue Speichersystem ist

u.a. im südafrikanischenKrügerNationalpark im Einsatz. Mit1 MWhKapazität und drei Solar-anlagen mit insgesamt 300 kWsowie einem 150-kVA-Dieselge-nerator versorgt es dort das Mi-crogrid der CheetahPlains Lodgemit dreiphasigem Strom. DieUniversal Power Platform vonDHYBRIDüberwacht und steuertalle wichtigen Netzparameterund sorgt für einen automati-schen Betrieb der Anlage. DasProjekt wurde in Zusammenar-beit mit Blockpower realisiert,dem regionalen Partner vonDHYBRID für die Region süd-liches Afrika.

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Texas Instruments hat eine ausden vier hocheffizienten Ab-wärts-Aufwärtswandlern TPS63802, TPS63805, TPS63806undTPS63810 bestehende Produkt-familie vorgestellt, die eine sehrgeringeRuhestromaufnahme (IQ)aufweisen, die beispielsweisebeim TPS63802 bei nur 11 µAliegt. Dank der kleinen Gehäuseund einesminimalen Aufwandsan externen Bauteilen ermögli-chen die Wandler besonderskleine Lösungsmaße.DieAbwärts-Aufwärtswandler

haben einen Eingangsspan-

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Low-IQ-Abwärts-Aufwärtswandler liefern bis zu 2,5 A

nungsbereich von 1,3 bis 5,5 VundeinenAusgangsspannungs-bereich von 1,8 bis 5,2 V und eig-nen sich somit für verschiedens-te batteriebetriebeneAnwendun-

gen. Jeder der Bausteine arbeitetabhängig von den jeweiligenBetriebsbedingungen automa-tisch imBuck-, Buck-Boost- oderBoost-Modus.Die Footprints derWandler von 19,5 bis 25mm2 sindumbis zu 25%kleiner als bei ver-gleichbaren Bauelementen.NebendenkompaktenGehäu-

sen resultiert diese Platzerspar-nis auch aus der Regelungs-Topologie, die mit wenigen ex-ternen Mehrschicht-Keramik-kondensatoren und winzigen0,47-µH-Induktivitäten aus-kommt. Die Gleichspannungs-

wandler ergänzen das Low-IQ-Power-Management-Portfoliovon TI, das mit Ruhestromauf-nahmen von 11 bis 15 µA für ei-nen hohen Wirkungsgrad beigeringer Last,minimaleVerlusteund längere Laufzeiten batterie-betriebenerAnwendungen sorgt.Einsatzbeispiele sind u.a. trag-bare Point-of-Sale-Terminals,Verbrauchszähler für Netzinfra-strukturen, drahtlose Sensorenund elektronische Geräte imHandheld-Format.

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undkonfektioniertenPacks inkl.Battery Management System(BMS) sind auch wartungsfreieBlei- und Gel-Batterien erhält-lich. Ein großes Sortiment anZubehör undLadegeräte ergänztdie Produktpalette. Kurze Liefer-zeiten und die Umsetzung vonkundenspezifischen Logistik-konzepten runden das Service-programm ab.

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MESSTECHNIK // SENSOREN


Wie ein Laser-Sensorden 3D-Druck überwachtVom Prototypendruck bis zur Serienfertigung sind mit dem 3D-Druckmöglich. Damit der Druckkopf exakt geführt und positioniert wird, wird

dieser in Echtzeit überwacht. Das übernimmt ein Laser-Sensor.

ERICH WINKLER *

* Erich Winkler... ist verantwortlich für das ProduktmanagementLasertriangulationssensoren bei Micro-EpsilonMesstechnik in Ortenburg.

Mit dem3D-Druck lassen sich künftigmaßgeschneidertert Bauteile pro-duzieren: Ob Kunststoffteile für die

Automobilindustrie oder präzise gefertigteFlugzeugteile, dasVerfahren, bei demMate-rial Schicht für Schicht aufgetragenwirdunddadurchdreidimensionaleGegenstände ent-stehen, wird zunehmend bezahlbarer undgleichzeitig beliebter.In kürzester Zeit lassen sich selbst komple-

xe Bauteile herstellen, ohne vorherige For-merstellung, Formwechsel oder zusätzlicheBearbeitungsschritte. Darüber hinaus kannneben Kunststoff eine breite Palette an Me-tallen und Legierungen für den 3D-Druckverwendet werden.

Laser-Triangulation beieinem 3D-DruckDie Mikro-Laser-Sinter-Technik zählt zu

denadditivenFertigungsverfahren.Auf Basisvon CAD-Konstruktionsdaten wird aus Me-tallpulvern durch Laserstrahlung schicht-weise ein Bauteil aufgebaut. Bekannt ist dasVerfahren auch als industrieller 3D-Druck.Der Prozess besteht aus dem Auftragen derPulverschicht durch einen Druckkopf. DiePulverschicht wird durch eine Rakel auf dierichtigeDicke abgezogen. ImAnschlusswirddas Pulver mit einem Laser im Bauteilquer-schnitt verschmolzenunddieBauplattform,auf der das Bauteil erstellt wird, senkt sichab.Diese Arbeitsschritte werden bis zur Fer-

tigstellungwiederholt. Ein Laser-Sensor desTyps optoNCDT 1420 ist direkt neben demDruckkopf angebracht und verfährt mit die-semüber die Bauteilplattform (Bild 1). Aller-dings ist eine Kühlung des Sensors notwen-dig, um über den gesamten Prozess stabileMesswerte zu erhalten.

Der Laser-Sensor misst von oben den Ab-stand zumBauteil. Die hoheGenauigkeit, imZusammenspiel mit dem kleinen Laser-punkt, ermöglicht die exakte Positionsbe-stimmungdesDruckkopfes. Dadurch erfolgteinhomogenerMaterialauftrag.DieÜberprü-fung erfolgt in Echtzeit, wodurch bei einerAbweichung der Norm sofort in den Druck-prozess eingegriffen werden kann. Durchden Laser-Sensor lässt sich zudem kontrol-lieren, obderDruckkopfmitläuft oder obdieBauteilplattform in horizontaler und verti-kaler Richtung korrekt ausgerichtet ist. Kor-rekt erkennen lassen sich auch die Bauteil-grenzen,wodurch einVerformendesObjektsverhindert werden soll.Der Sensor-Hersteller Micro-Epsilon be-

schreitet mit dem Laser-Sensoren des TypsoptoNCDT 1420 neue Wege in der Laser-Tri-angulation: sowohl in der Funktionalität alsauch imDesign.DerWeg- undAbstandssen-sors ist kompakt aufgebaut undverfügt übereinen internen Controller. Seine Messrate

von 4 kHz prädestiniert ihn für Messaufga-ben in 3D-Druckern. Dort ist Bauraum be-grenzt undderDruckkopf verfährtmit hoherGeschwindigkeit, so dass dort Messungenmit einer hohen Messrate gefordert werden(Bild 2).

Wenn der Sensor selbst feineDetails erkenntDie Sensoroptik erzeugt einen sehr kleinen

Lichtfleck, der die Messung feinster Detailsermöglicht. Ein weiterer Vorteil des Laser-Sensors ist dieMaterial- undOberflächenun-abhängigkeit. Sie ermöglicht Abstandsmes-sungen auf unterschiedlichen MaterialienvonKunststoff bisMetall undverschiedenenObjektfarben von Weiß bis Schwarz mit ho-her Präzision. Selbst derWechsel vonmattenzu glänzenden Oberflächen und damit vonschwacher zu starker Reflexion sindmöglich.Die Auto-Target-Compensation (ATC) sorgtdafür, dass unterschiedliche Reflexionenausgeregeltwerdenunderlaubt einenglatten

3D-Druck überwachen: Die Laser-Sensoren aus der Reihe optoNCDT 1420 von Micro-Epsilon regeln inEchtzeit das 3D-Druckverfahren.

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Verlauf desAbstandssignals. Über dasWebi-nterface kann der Anwender dank vordefi-nierter Setups verschiedene Oberflächenauswählen.

Berührungsloses Messprinzipohne VerschleißLaseroptische Wegsensoren messen aus

großemAbstand zumMessobjektmit kleinenLichtfleck, derMessungenvonkleinstenTei-len ermöglicht. Der großeMessabstandwie-derum ermöglicht Messungen gegen kriti-sche Oberflächen, wie heiße Metalle. Dankdes berührungslosenMessprinzips lässt sichverschleißfrei messen, da die Sensoren kei-nem physischen Kontakt zum Messobjektunterliegen. Darüber hinaus eignet sich dasPrinzip der Laser-Triangulation für sehrschnelle Messungen mit hoher Genauigkeitund Auflösung. Das Messprinzip der Laser-Triangulation basiert auf einer einfachen

Exkurs: Entfernungen mit einem Laser messenDie Messung der Entfernung mit einemLaser oder auch Laser-Triangulation isteine optische Abstandsmessung. Grund-lage bei dieser elektronischen Entfer-nungsmessung ist die Laufzeitmessungund die Phasenlagemessung. Dazu wirdein Laserstrahl auf ein Messobjekt aus-gerichtet. Die in einem Gerät integrierteKamera erfasst zusammen mit einem

Sensor den vom Laserstrahl erzeugtenLichtpunkt auf dem Messobjekt. Ändertsich die Entfernung des Messobjekteszum Sensor, so ändert sich auch derWinkel mit dem der Lichtpunkt beobach-tet wird. Jetzt ist esmitWinkelfunktionenund aus der Distanz zwischen Objektund Sensor möglich, die Entfernung desObjekts zum Laser zu berechnen.

MESSTECHNIK // SENSOREN

Bild 1: Der Laser-Sensor kombiniert hohe Genauigkeit mit kleinem Laserpunkt, wodurch die exakte Positions-bestimmung des Druckkopfes möglich wird und ein homogener Materialauftrag erfolgen kann.

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Bild 2: Ein Laser-Sensor der Reihe optoNCDT 1420ist direkt neben dem Druckkopf angebracht undverfährt mit diesem über die Bauteilplattform.

Bild:M

icro-Epsilon

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geometrischen Beziehung: Eine Laserdiodeemittiert einenLaserstrahl, der auf dasMess-objekt gerichtet ist. Die reflektierte Strahlungwird über eine Optik auf einer CMOS-Zeileabgebildet. Der Abstand zum Messobjektkannüber eineDreiecksbeziehung zwischen

Laserdiode, Messpunkt auf demObjekt undAbbild auf der CMOS-Zeile bestimmtwerden.DieMessauflösung reicht bis in denBruchteileines Mikrometers. // HEH

Micro-Epsilon Messtechnik

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MESSTECHNIK // TESTSYSTEME


Der Hochfrequenztest komplexerFahrzeuge und die Messtechnik

Moderne Fahrzeuge kommunizieren intern als auch extern über ganzunterschiedliche Schnittstellen. Hier ist Messtechnik gefragt, damit es

beim komplexen Zusammenspiel keine Probleme gibt.

JÜRGEN MEYER *

* Jürgen Meyer... ist Vice President Market SegmentAutomotive bei Rohde & Schwarz inMünchen.

ModerneFahrzeuge sind vollmit Elek-tronik: Radarsensoren, Funkmodu-le für WiFi, Bluetooth, 5G, GNSS,

UWB, V2X und Infotainmentsysteme fürAM-/FM-Radio sollendurch fahrzeuginterneVernetzungmiteinander agieren. Dabei sol-

len stets alle Systeme sicher und zuverlässigfunktionieren.Autohersteller und ihre Zulie-ferkettemüssendie Funktionalität ihrerMo-dule und Produkte validieren können undsinddaher darauf angewiesen, dass die Toolsund Systeme der Messtechnikunternehmenmit denwachsendenFrequenzenmithalten.Die Herausforderungen bei einem Auto-

motive-Tests sindbreit gefächert: Es geht vonderBewertungderKommunikation zwischenFahrzeugen in komplexenUmgebungenundderUntersuchungvonSignalintegrität in der

Fahrzeug-Elektronik bis zur Antwort auf dieFrage, wie weit eine neue Lackierung dieLeistungdes Radarsystemsbeeinflusst. Bei-spielsweise die Vernetzung innerhalb desFahrzeugs. Als Bestandteil vonConnectivity-und Infotainment-Anwendungenwerden imFahrzeug immer größereDatenmengenüber-tragen. Entsprechend wächst der Bedarf anschnelleren Automotive-Kommunikations-netzen.Aus diesem Grund wurde eine Ethernet-

Variante speziell für denAutomotive-Bereich

Fahrzeuge kommunizieren:Über unterschiedlicheSchnittstellen wie Radarsen-soren, Funkmodule, 5G oderGNSS nehmen die Fahrzeugeihre Umgebung wahr.

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entwickelt: IEEE 100BASE-T1, die auf derOPEN Alliance BroadR-Reach-Bitübertra-gungsschicht basiert und den Vollduplex-Modus für die Ethernet-Kommunikationüberungeschützte, verdrillte Leitungspaarenutzt.Sobald sicherheitskritische Daten über dasAutomotive-Ethernet übertragen werden,müssen die OEMs dessen Leistung im Rah-menvonKonformitätsprüfungen testen.Daserfordert Interferenz- und Dämpfungsmes-sungen von Twisted-Pair-Kabeln und an-spruchsvolle Testswährend der Signalüber-tragung (Bild 1). Das Problem dabei: Her-kömmliche Ethernet-Protokollanalysatorensind teilweise gar nicht in der Lage, die Ver-zerrung eines elektrischenSignals an einem100BASE-T1-Kabel mit Fehlern in den emp-fangenen Datagrammen zu korrelieren.

Hochfrequenztests bei derFahrzeugkommunikationUm beim Thema der Fahrzeugkommuni-

kation zu bleiben: Für die Kommunikationzwischen Fahrzeugen (V2V) und für Fahr-zeug-Infrastruktur-Netzwerke (V2X)werdenderzeit zwei Strategien verfolgt: Der von derIEEE stammendeStandard fürNahbereichs-kommunikation 802.11p basiert auf demWiFi-Standard IEEE-802.11, während derAnsatz von 3GPP zurMobilfunkkommunika-tion zwischen dem Fahrzeug und allen an-derenTeilnehmern (CellularVehicle-to-Eve-rything – C-V2X) auf 4G LTE basieren wird;die Migration zu 5G V2X ist dabei schon inPlanung. Beide Ansätze erfordern belastba-re Hochfrequenztests in ganz verschiedens-ten Szenarien: Zwischen Fahrzeugen oderFahrzeugen und anderen Verkehrsteilneh-

mern, zwischen Fahrzeugen und der Infra-struktur in ihrer Umgebung sowie zwischenFahrzeugen und dem Service-Backends desFahrzeugherstellers. Für Remote-UpdatesmüssenTestsystemeundUmgebungenauchdieRobustheit undSicherheit vonSoftware-over-the-Air-Strategiennachweisenkönnen.

Test von Fahrassistenz-und autonomen SystemenAuch für Fahrassistenzsysteme und auto-

nome Systeme sind neue Testlösungen ge-fragt, nicht zuletzt bei einemFahrzeugradar.Moderne Fahrassistenzsysteme benötigenverlässliche, störfeste Radarsysteme –schließlich sollendie Fahrzeuge sicher durchkomplexe urbane Umgebungen navigierenund Fußgängern und Hindernissen selbst-ständig ausweichen. Einige Prognosengehenderzeit vonbis zu 15 benötigtenRadarsenso-renpro Fahrzeug aus. Sie alle tragen zu einersteigendenNachfragenachTestumgebungenfürHF-Tests undRadarqualitätsanalysenbei,die für die Zuverlässigkeit sicherheitskriti-scher Systeme unabdingbar sind.HF-basierte Tests und Simulationen sind

oft nicht einfach umzusetzen und bei Auto-motive-Systemen besonders komplex. EinProblem besteht im Trend zu höheren Be-triebsfrequenzen: Die Automobilindustriewird die aktuellen mit 24 GHz betriebenenRadarsystemebis zum Jahr 2022 auf Frequen-zen von 77 und 79 GHz umstellen. Die bei 24GHz bereitgestellte Sweep-Bandbreite von200 MHz steigt bei 79 GHz auf 4 GHz. Damitsoll erreicht werden, dass das Radarsystemeine bessere Bereichsauflösung bietet, wo-durch sich Objekte an sich und ihre genaue

Bild 2: Der R&S QAR Quality Automotive RadomeTester. Automobilhersteller möchten Radarsensorenoft hinter Stoßdämpfern oder Logos verbergen.Diese wirken wie Radome, die die Funktion von Sen-soren einschränken oder sie sogar funktionsunfähigmachen können.

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Bild 1: Sobald sicherheitskritische Daten über dasAutomotive-Ethernet übertragen werden, müssenAutomotive-OEMs dessen Leistung im Rahmen vonKonformitätsprüfungen testen. Dies erfordert Inter-ferenz- und Dämpfungsmessungen von Twisted-Pair-Kabeln und anspruchsvolle Tests während derSignalübertragung. Die Oszilloskope der Serie R&SRTO2000 bieten Bandbreiten von 600 MHz bis 6GHz und brillieren damit bei Testanforderungen imZeit- und Frequenzbereich.

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Das Radarsystem: von 24 auf 77/79 GHzIm Gegensatz zum schmalbandige-ren ISM-Radar mit seinen 24 GHz bie-tet Radartechnik mit Frequenzen von77/79 GHz sowohl auf kurzen, mittlerenund langen Entfernungen eine deutlichbessere Auflösung der Entfernung. Au-ßerdem bieten sie eine bessere Dopp-lerauflösung. Höhere Frequenzen bietenauch den Vorteil, dass die Automobilher-steller den Bauraum besser ausnutzenkönnen. Denn Antenne und HF-Chip sindin einem kompakteren Gehäuse.

Neben den technischen Aspekten ist eszudem die Tatsache, dass die Nutzungdes Ultra-Wide-Bands (UWB) läuft in Eu-ropa und den USA bis 2022 ab. Deshalbhaben die Regulierungsbehörden denWeg für Radarsysteme mit 77/79 GHzfreigemacht. Die von 77 bis 81 GHz ver-fügbare Bandbreite ermöglicht eineSweep-Bandbreite von bis zu 4 GHz –also deutlich mehr als die 200 MHz, diemit der Narrow-Band-Technik (NB) bei 24GHz möglich sind.

Position schärfer auflösen lassen und sichsomit besser erkennenundeinstufen lassen.Die bei 77/79GHz verfügbare erhöhte Sweep-Bandbreite ermöglicht zudem Frequenz-sprünge, um gegenseitige Störungen zwi-schen Radarsensoren zu verringern.Die Situation wird zudem komplizierter,

weil vieleAutomobilhersteller denWunschehaben, Radarsensoren hinter Stoßstangenoder Logos zu verbergen. Bei falscherHomo-genität können diese die Funktion von Sen-soren einschränken oder ihre Funktion ver-sagt im schlimmsten Fall. Aus diesen Grün-den sind Systeme,mit denen sich die Radar-leistung in der Entwicklungs-, Integrations-und Produktionsphase bewerten lässt, vonentscheidender Bedeutung (Bild 2).

Mehr Sicherheitsvorschriftenbedeutet mehr ElektronikDieEntwicklungder Sicherheitsvorschrif-

ten ist einweiterer Grund für diewachsendeAnzahl an Fahrzeugelektronik-Komponen-ten. Die eCall-Initiative der EuropäischenKommission schreibt beispielsweise vor,dass seit dem31.März 2018 inder EUverkauf-

te Fahrzeuge automatisch RettungsdienstealarmierenundwichtigeDaten vonBordsen-soren übermitteln müssen, wenn das Fahr-zeug in einen schweren Verkehrsunfall ver-wickelt ist. Die eCall-Initiative soll die Sicher-heit der Fahrzeuginsassen erhöhen, dochdieser Zweck wird unterlaufen, wenn diedafür implementierten Systemeunzuverläs-sig sind. Die Entwickler müssen daher aufTestlösungen zugreifen können, mit denensich die Probleme identifizieren und simu-lieren lassen, denen sich ein eCall-System inder realenWelt –unter Berücksichtigung vonnationalenunterschiedlichenTechnologienzwischenRussland,Koreaundder EU–aus-gesetzt sieht. Bei eCall ist die Funkverbin-dung, über die das Notrufsignal und dieSensordaten übertragen werden, eines derwichtigsten Elemente des Systems. Testum-gebungen müssen präzise simulieren kön-nen, wie ein eCall-Signal sowohl mit Mobil-funknetzen als auch mit Varianten des Glo-bal Navigation Satellite Systems (GNSS) in-teragieren würde.Einige der sich aus der Entwicklung der

Automobiltechnik ergebenden messtechni-

schen Problemstellungen lassen sich auflö-sen, indem die Prüftechniken angepasstwerden. Hierbei handelt es sich oft um Stra-tegien, die ursprünglich für andereBereicheentwickeltwurden.Andere Fragestellungenhingegen erfordern vollkommenneueLösun-gen. So bietet Rohde & Schwarz schon seiteinigen Jahren genaueund zuverlässige Test-anwendungen. Für den Automotive-Ether-net-Tests beispielsweise bietet dasUnterneh-men Automotive-spezifische Trigger- undDecodierpakete. Zusammen mit einem pas-sendenOszilloskopkönnen sie auf denüber-tragenenEthernet-Protokoll-Inhalt triggern,diesen dekodieren und das Timing mit denelektrischen Bussignalen korrelieren. Diesermöglicht sehr viel tiefer gehendeFähigkei-ten zuAnalyse,DebuggingundDiagnose, alsmit herkömmlicher Ethernet-Protokollana-lyse möglich wäre.

Reflexion und Dämpfungeines Signals messenFür Automotive-Radare bietet Rohde &

Schwarz eine Testplattformen, mit der sichRadar-Target-Simulation erzeugen lässt. Hin-zu kommt die Analyse der Signale und auchdieMessungderRadar-Tauglichkeit vonMa-terialien.Diese Systememessenhochpräzisedie Signalreflexion und -dämpfung durchdiese Materialien im Frequenzband von 77GHz und 79 GHz. So lässt bei einem Radombeispielsweise bestimmen,wieMaterialstär-ken oder Beschichtungen das Radarsignalbeeinflussen. Neben Forschung und Ent-wicklung sind finden sich die Testanwen-dungen zunehmend in der Qualitätssiche-rung und in Produktionsumgebungen.Um den Testbedarf von eCall-Anwendun-

gen zu erfüllen, können die eCall-Testsyste-me 2G- und 3G-Mobilfunknetze sowie dasamerikanischeGPS, das europäischeGalileo,das russischeGLONASSunddas chinesischeBeiDou GNSS simulieren. Über 200 Mobil-funk-Emulatoren wurden bereits bei Auto-motive-OEMs und Tier-1-Zulieferern instal-liert. Zudemhat CETECOMdie Implementie-rung der eCall-Test-Notrufzentrale des Her-stellers Rohde & Schwarz für das EU-weiteNotrufsystemgenauer untersucht und sie fürkonform mit dem Standard CEN EN16454:2015 erklärt. OEMsmüssen künftig inder Lage sein, die Fusion vonGNSS-Signalenzu simulieren, damit die Positionsbestim-mung genauer wird. In Zukunft wird 2G/3Gzu LTE migrieren, weshalb Testsysteme diePerformance von Next-Generation-eCall-Systemen in komplexerenFunkumgebungenprüfen müssen. // HEH

Rohde &Schwarz

Bild 3: Der R&S AREG100A Automotive Radar Echo Generator. Das Mess-Systeme erfasst Signalreflexion und-dämpfung durch Materialien bei Frequenzen von 77 und 79 GHz.

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MESSTECHNIK // AKTUELLES

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Köln, 17.–19.03.2020DasOszilloskopDS1202Z-E bietetdem Anwender zwei Eingangs-kanäle und ein Farb-Displaymitsieben Zoll, um beispielsweiseCursorpositionen und deren Ko-ordinaten sowie mathemati-schen Parameter darzustellen.Im Inneren des Messgerätes ar-beitet die von Rigol entwickelteVisoin-Technik. Zu seinenSpezi-fikationengehört eineBandbrei-te von 200MHzund eineAbtast-rate von 1 GS/s. Mit einer Signa-lerfassungsrate von 60.000wfms/s (Waveforms pro Sekun-de) kannderAnwender schnelle

OSZILLOSKOP

Zwei analoge Eingänge mit 200 MHzSignalfolgen erfassen, darstellenund auswerten (Decoding). DerLow-Noise-Eingang erlaubt einevertikale Skalierung von 1 mV/Div bei einerAuflösung vonachtBit. Ein Dual-YX-Mode und ver-schiedeneTrigger-Möglichkeitenwie Edge, Pulse, Video, Slope,Pattern sowie RS232/UART, I²C,SPI, einBus-Decoding für RS232/UART, I²C undSPI sind standard-mäßig verfügbar. Über Hot-Keyskann der Anwender das Oszillo-skop schnell bedienen.

Rigol

Bild:Rigol

Der 4-Kanal-Arbiträrfunktions-generator TGA 12104 vonAim-TTi(Vertrieb: Telemeter) bietet eineSpeichertiefe von 1MPunkte. DieProgrammiersoftware Wave-FormManager-Plus läuft auf al-lenWindows-Systemen undAn-wender können WellenformenmitmathematischenFunktionenwie Sinus, Rechteck, Dreieck,Pulse, Sweep, Noise, Ramp oderSin (x)/x frei erstellen. Zudemlassen sich die vorgegebenenGrundwellenformenverwendenund die dazugehörigen Parame-ter anpassen. Der Arbiträrgene-

ARBITRÄRGENERATOR

Vier Kanäle und eine vertikale Auflösung von 12 Bitrator verfügt über eine Sample-rate von 100 MS/s und eine ver-tikale Auflösung von 12 Bit. Eslassen sich 1024 verschiedeneWellenformen innerhalb einerSequenz darstellen. Über dieSchnittstellen USB GPIB undRS232habenAnwender dieMög-lichkeit, dasGerät ollständig ausder Ferne zu steuernundSignalezuübertragen.Darstellen lassensich Sinuswellen bis 40 MHz,Rechteckwellen bis 50 MHz undDreieckwellen bis 100 kHz.

Telemeter Electronic

Bild:Telem

eterElectro

nic

PROTOKOLL-ANALYSATOR

Für den Voyager M4x-Analysator von TeledyneLeCroy ist ab sofort die USB-3.2-Analyse mög-lich. Der Voyager M4x wurde Anfang des Jah-res als erste Testlösung, welche die USB4- undThunderbold-3-Protokollanalyse unterstützt.Der Protokoll-Analysator unterstützt jetzt Spe-zifikationen für USB 3.2. Damit können An-wender jetzt Anwendungen testen, die Linksmit Bandbreiten von Dual 10 GBit/s oder 20GBit/s über USB-Kabel des Typs C verwenden.Der Protokoll-Analysator Voyager M4x ist

laut Hersteller der erste Analysator, der denStandard USB 3.2 unterstützt und verfügt mit

T.A.P.4 (Transparent Acquisition Probing) übereine Technik, die sich bereits in den Analysa-toren für PCI Express (PCIe) 4.0 und SAS 24Gvon Teledyne LeCroy bewährt hat. Dank T.A.P.4sind die Testergebnisse genau und zuverläs-sig für solche Verbindungen, die dynamischeEntzerrung nutzen. Es erkennt automatischdie logische Verbindungsrate und die Spur-weite und unterstützt USB 3.2 und USB 4.Der Voyager M4x ist vollständig abwärts-

kompatibel beim Test älterer USB-Standards.

Teledyne LeCroy

Unterstützt die USB-Standards 3.2 und 4

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Wie Elektronik zur effizientenEnergienutzung beiträgtDie Energiewende ist die große Herausforderung unserer Zeit. AndreasFalke, Geschäftsführer des FBDi, erläutert, wie die Bauteiledistribution

dabei helfen kann, neue Potenziale zu erschließen.

Elektronikpraxis: Herr Falke, welche Optio-nen sieht der Fachverband BauelementeDistribution für eine erfolgreiche Energie-wende?Andreas Falke, FBDi: Natürlich ist derAus-bau erneuerbarer Energiequellen einwich-tiger Schritt. Dazu gehört auch die intelli-gente Verteilung des erzeugten Stromssowie die Reduzierung des Energiever-brauchs. GeradebeiHaushaltsgerätenundComputern gab es in den letzten Jahreneine enorme Verbesserung der Energieef-fizienz, die noch nicht das Ende der Fah-nenstange erreicht hat. So soll sich lautUmweltbundesamtder Energiebedarf vonbeispielsweise TV-Geräten von 2010 bis

2025 von knapp 13 TW/h auf 6 TW/h redu-zieren (bei einer Betrachtung von 10 Mio.Geräten). Dahinter steht ein konsequentesEnergiemanagement, das durch die Euro-päischeÖkodesignRichtlinieweiter ange-trieben wird.Diese Maßnahmen werden jedoch nichtausreichen, um den prognostizierten er-höhtenGesamtenergieverbrauch, bedingtdurchWirtschaftswachstum,Konsumstei-gerung sowie dem steigenden Bedarf derRechenzentren zu kompensieren. DasFraunhofer-Institut für Angewendte Fest-körperphysik IAF spricht von einemMehr-verbrauch zwischen 25 und 35% in dennächsten 15 Jahren. Der Schlüssel zum

Erfolg ist die (Weiter)Entwicklung vonTechnologien in allen Bereichen der er-neuerbaren Energien sowie die Entwick-lung leistungsfähiger und gleichzeitigenergieeffizienter Systeme – und innova-tive Elektronik ist hierfür einmaßgeblicherTreiber.

Inwiefern spielt innovative Elektronik eineRolle in punkto Energieeffizienz?Überall dort, wo elektrische Energie ge-braucht wird – in Industrieprozessen, inder Antriebstechnik, in der E-Mobility, imBereichder erneuerbarenEnergien–musssie verteilt, gewandelt oder geregelt wer-den. Genau hier kommt energieeffizienteMikro- und Leistungselektronik zum Tra-gen. Intelligente, auf reduzierte Energie-aufnahmeoptimierte Leistungs- undSteu-erungselektronik ist der bestimmendeFaktor für energiesparende Endgeräte beigleichem oder sogar verbessertem Leis-tungsumfang.

An welche Beispiele denken Sie dabei?Betrachtenwir etwa erneuerbarenEnergi-en:Das Einspeisendieser stellt das Strom-netz unddie Steuerung des Stromsystemsvor neue Herausforderungen. „SmartGrids“ und „Virtuelle Kraftwerke“ sollenfür die erfolgreiche Anbindung regenera-tiver Energiequellen und -Speicher andasöffentliche Netz sorgen. Intelligente Elek-troniksysteme zur SpannungswandlungundEinspeisungder Energie, zur Integra-tion von Energiespeichern und zur Ge-währleistung der Netzstabilität spielenhier eine Schlüsselrolle.Oder nehmenSie denAutomobilbau:Hierwerden bereits heute die wichtigsten In-novationen zu circa 80% von der Mikro-elektronik getrieben. Denken Sie an Leis-tungselektronik in Form von elektroni-schen Batterie-Managementsystemen,intelligenten Bordnetzen und Steuergerä-ten sowiehochintegrierte Elektroantriebe,die die Reichweite von Elektroautos stei-gern.

Die Energiewende im Blick: Neben der Erzeugung erneuerbarer Energien ist die intelligente Verteilung desStroms zentraler Bestandteil der Energiewende.

Bild:Clipdealer

BAUTEILEBESCHAFFUNG // VALUE ADDED SERVICES


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Wollen Sie damit sagen, dass alles an derMikroelektronik hängt?Nicht nur, aber die Mikroelektronik kannhier signifikante Beiträge leisten, dennbereits ein kleiner Effizienzgewinn in ei-nem einzelnen Gerät vervielfacht sich zueiner großen Einsparung im Gesamtsys-tem: So kann laut Bundesministerium fürBildungundForschung (BMBF) alleinederEinsatz moderner Leistungselektronik inStromwandlern den Energieverbrauch inder EU um circa 16 TWh pro Jahr reduzie-ren und so etwa 3,7Millionen TonnenCO2vermeiden – das entspricht ungefähr derJahresleistung eines größeren Kernkraft-werks. Durch den konsequenten EinsatzvonMikroelektronikwird indenBereichenAntriebe, Haushalt, Beleuchtung undStromversorgung im Jahre 2020 eine Ein-sparung von 167 TWh vorausgesagt – dasentspricht einer Reduktion des CO2-Aus-stoßes um bis zu 650 Millionen Tonnen.

Allerdings kommt hochentwickelte Elektro-nik von heute gerade im Hinblick auf dieMiniaturisierung zum Teil an ihre Grenzen.Wo besteht noch Potenzial für eine weitereVerringerung des Energieverbrauchs?EineweitereVerbesserungder Energieaus-beute wird beispielsweise durch neueSchaltungskonzepte sowie durchdie Stei-gerung der Integrationsdichte erreicht.Stichwort „More than Moore“, also dieKopplung mikroelektronischer Systememit sensorischenundaktorischenFunkti-onalitäten. Einen weiteren Schub sollenneueWerkstoffe in der Leistungselektronikbringen: weg von Siliziumhalbleitern hinzuMaterialienmit großer Bandlücke. ZumBeispiel weisen funktionale Halbleiter-strukturen auf Basis vonGalliumnitrid beihöherenSpannungen, TemperaturenundSchalthäufigkeiten eine größere Leis-tungsfähigkeit als Silizium auf. Dadurchermöglichen sie eine größere Energieeffi-zienz sowie kompaktere Systeme.

Welchen Beitrag kann die Bauelementedis-tribution leisten?Betrachten wir zum Beispiel Systeme, dieelektrische Energie mit elektronischenBauelementen steuern und schalten, wieu.a. Leistungshalbleiter, Kühlung, Zwi-schenkreiskapazitäten, Spannungsversor-gung sowieÜberwachungs- undAbschalt-vorrichtung. Häufig kommen noch Hoch-strom-Energieversorgungen, Strom- bzw.Spannungssensoren oder Regeleinheitenhinzu.DamitUnternehmenhochverfügba-re, hochzuverlässige und energieeffizienteSysteme oder Geräte entwickeln können,

müssen all diese Bauelemente – die nichtzwingend vom selben Hersteller kommen– problemlos miteinander funktionierenund gleichzeitig eine maximale Effizienzerzielen. Das ist nur mit umfassendemProdukt-Knowhow über die geeignetenBauelemente, die Gesamtanwendungenund den speziellen Anforderungen desjeweiligen Markts möglich.Oft ist ja nicht die Energieaufnahme ein-zelner Komponenten entscheidend, son-derndas Zusammenspiel. Ichwürde es alsSystembetrachtung bezeichnen: Um amEnde einen definierten Leistungswert zuerzielen, müssen die Bauteile in Summezusammenpassenundbestmöglich aufei-nander abgestimmt sein. Mit Bauteileneines einzigenHerstellers lässt sichdas garnicht realisieren.Undgenauhier spielt dieDistribution ihre Stärke aus.

Wie sehen Sie die Zukunft der Bauteiledis-tributoren? Ebenwurde ja ein Rückgang umüber 12 Prozent vermeldet, und erste großeHersteller kehren ihr den Rücken zu.Nach meiner Einschätzung ist das einekurzfristige Betrachtung. Ich bin über-zeugt davon, dass sich dieser Trend relati-vierenunddieDistribution zu alter Stärkezurückfindenwird. Es ist keinGeheimnis,dass man sich in Deutschland die Stim-mung schlecht redet – anstelle einUmden-ken zu propagieren! Wo ist das Bewusst-sein für die eigenenQualitätenundFähig-keiten? Genau das brauchen wir aber, umsich neuenMärkten zuzuwenden.

In den letztenDekadenhaben sichdieDis-tributoren zu Spezialisten in ihren Ziel-märkten gewandelt. Sie sindheute herstel-lerunabhängigeBerater für Einkäufer undEntwickler, und längst über denStatus alsMittler zwischen Hersteller und Kundenhinaus.Dazubieten siemarktspezifischesKnowhow und technische Expertise, diefür die Entwicklung auf derHerstellerseiteentscheidend ist. Sind wir mal ehrlich,welcher Hersteller kann so tiefgehendeKompetenz bei Systemdesigns bieten?

Also spricht alles dafür, dass sich der Bau-teilemarkt wieder erholen wird?Auch für Zukunftsmärkte ist das Service-angebot der Distribution wichtig, das vonKomponenten und Verfügbarkeit, End ofLife (EoL), Traceability bis hin zu Logistikreichen kann. Gebündelt wird diesesWis-sen im FBDi, der zusammen mit seinenMitgliedern inWorkshops Fachwissen ver-mittelt, als Plattform zum konstruktivenAustausch zu wichtigen Themen dientsowie dabei unterstützt, Vorgaben undÖko-Designrichtlinien einzuhalten –Stichwort „FBDi-Umwelt & Konformitäts-kompass“. Gerade auch die neuen EU-Richtlinien sorgen für eine steigendeNachfrage an innovativen Konzepten. Ichglaube, es gibt genugPotenzial für dieDis-tribution, ummit ihrer Expertise eine trei-bende Rolle in diesem Zukunftsmarkt zuspielen. // MK

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Weiße Ware: Insbesondere bei Haushaltsgeräten war in den letzten Jahren eine enorme Verbesserung derEnergieeffizienz zu verzeichnen.

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Warum Eigenentwicklungen nichtimmer die erste Wahl sind

Im Planungsprozess für das Design von IoT-Produkten stehenUnternehmen oft vor der Frage: Selbst entwickeln oder kaufen.

Distributor CODICO hilft bei der Entscheidungsfindung.

RONALD SINGH, JOACHIM STROHSCHENK *

* Ronald Singh... ist Mitarbeiter bei DIGI International

Sehr oft hängt die Entscheidung „selbstherstellen oder kaufen“ vonder erwar-teten Lebensdauer des Produkts und/

oder vomgeplantenProduktionsvolumenab.Tatsächlich spielen bei dieser komplexenÜberlegungauch zahlreiche andere Faktoreneine Rolle. Nehmen wir also an, dass Sienicht gerade ein bloß einmaliges Projekt füreinenGaragentoröffner planen, sondern einepfiffige Idee haben, die sichwomöglich zumnächsten Dyson-Staubsauger oder Google-Nest-Thermostaten entwickeln wird. Zu-nächst stellt sichdie Frage:was ist IhrMehr-

wert? Ihr geistiges Eigentum?Geht es umdasHardwaredesign – um die Neuartigkeit, An-schlussvielfalt, Integration und Einfachheitdes Produkts sowie die pure Eleganz einesDesigns – oder liegt es in der Software, ihrerPortierung, ihrerGUI, ihrer analytischenFä-higkeit und Cloud-Fähigkeit?

Modulares versus integriertesDesignDieAnnahme, dass einmodulares Design

teurer als ein integriertes wäre, ist meist un-begründet, oder geht von einem falschenVerständnis dessen aus, wasmodulares De-sign ausmacht. Ist das firmeneigene techni-sche Know-how beziehungsweise die tech-nische Bandbreite gering, kann sich einmodularer Ansatz als die einfachste und

wirtschaftlichste Lösung dieses Problemserweisen.Mithilfe einesmodularen Designslässt sich selbst bei internen Ressourcen-engpässen das Produkt rechtzeitig liefern.Dabei ist folgendes zu berücksichtigen: Ingenieurwissenschaftliche Opportuni-tätskosten: Wenn Ihr Team an einer Spe-zialanfertigung arbeitet, zehrt dies an denRessourcen für ein anderes Projekt, wel-ches für Ihr Unternehmen überlebenswich-tig ist? Technischer Aufwand: Sie sind für Ihrmaßgeschneidertes Produkt zuständig –wird eine Änderung notwendig oder ent-wickeln sich die äußeren Umstände weiter,kostet Sie das (mehrere) Entwicklungs-zyklen; dies erfordert Zeitaufwand seitensIhres Teams und Geld vom Unternehmen.

i.MX6UL Starterboard von DIGI:Das System-on-Module bietet verschiedeneFunklösungen. Das SoM basiert auf dem aktuellenProzessor i.MX6UL von NXP.

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* Joachim Strohschenk... ist Produktmanager bei CODICO

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Einzelne Schritte imEntwicklungsprozesszeigen,wo einmodularesDesign vonVorteilist. Die beim Einsatz eines modularen De-signs erzielte Zeitersparnis ist entscheidend.Folgende drei Faktoren – Prozessor / Radio-modul, ApplicationBoardundSoftwaretrei-ber – sind zuberücksichtigen:Der Prozessorbeziehungsweise das Radiomodul wurdefertig gebaut undbereits getestet, so dass einkritischer Baustein des Hardwaredesignsbereits vor BeginndesProjekts zurVerfügungsteht. Dadurch wird die Gestaltung des Ap-plication Boards einfacher. Einige Teile die-ser Schaltung lassen sich dann vom Refe-renzdesign ableiten, und somit lässt sichdasApplicationBoardnoch schneller und zuver-lässiger konstruieren. Die wichtigsten Soft-waretreiber werden mit dem Board SupportPackage (BSP) mitgeliefert und können so-fort eingesetzt werden, so dass die Soft-wareentwicklung gleich am ersten Tag be-ginnen kann, da die Zielplattform bereitsvorhanden ist.Somit kann eine echte parallele Entwick-

lung stattfinden. Leistungstests sind oft not-wendig, ehe eine endgültigeDesignentschei-dunggetroffenwerdenkann. So ein Test lässtsich mithilfe von Modulen durchführen,womit die Entwicklungszeit reduziert wird.Zu bedenken sind hier die direkten Kosten.DennEngineering ist immermit großemAuf-wand verbunden; das Ingenieurteam mussdasHardwaredesign entwickeln, testenundüberprüfen sowie einige Codezeilen schrei-ben.Die Leiterplatte stellt einen bedeutenden

Kostenfaktor dar. Die Konfiguration der Lei-terplatte hängt stets vom komplexestenSchalt- beziehungsweise Bauelement ab. Sobraucht etwa ein ARM-Prozessor mit einerTaktrate von 1,2 GHz und DDR3-Speicher ei-ne Mehrschichtarchitektur mit Microviasund mindestens zehn bis zwölf Schichten.Mit einem modularen Design lässt sich dasApplication- beziehungsweise Carrier-Boardleichtmitmindestens zwei bis vier Schichtenweniger implementieren.Was die langfristi-geVerfügbarkeit anbelangt, so stellt Speicherheute die kritischste Komponente in einerProzessoranwendung dar. Das bedeutet,dass im Laufe der Produktlebensdauer einRedesign aufgrund eines eingestellten Spei-chermodells notwendigwird.WerdenModu-le eingesetzt, liegt dies im Verantwortungs-bereich des Modulherstellers. Produktion und Qualitätssicherung: Esist äußerst wichtig, Störungen im Produk-tionsfluss auf ein Minimum zu reduzieren;das letzte Produkt, das vom Band läuft,muss gleich gut wie das erste funktionieren– und das wird einige Zeit dauern.

Preis mit Größenvorteilen verhandeln:Da dasModul von vielen Kunden verwendetwird, profitiert jeder Kunde von den Mehr-mengen, die der Modulanbieter herstellt.Verwendet man darüber hinaus ein Mo-dul in anderen Produkten und zu höherenMengen, so hat man noch mehr Spielraumbei Preisverhandlungen. Zusätzlich zur Ver-meidung reiner Entwicklungskosten könn-ten laufende Investitionen für den Erwerbgeeigneter Einrichtungen zur Entwicklung,Herstellung und Prüfung notwendig seinRisiko bedeutet Zeit undKosten.Mit einem

modularen Ansatz ist das Design des Appli-cation Boards viel einfacher, und daher fälltdasRisiko eines späterenRedesignswesent-

Xbee-Module von DIGI: Die Module für Embedded-IoT-Designs bieten vorzertifizierte integrierte Mobilfunk-konnektivität für den schnellen Einsatz.

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lich geringer aus. Ein Redesign im Laufe derLebensdauer eines Produkts wird in der Re-gel nur für das eingebettete Modul erforder-lich, nur weil sich dort die Speichermodulebefinden.

Flexibilität beim Boarddesignhilft Kosten sparenEin geringeres Risiko und eine rechtzeitig

abgeschlossene Entwicklung können einensignifikanten Beitrag zum kommerziellenErfolg eines Produkts leisten. In punctoNachrüstbarkeit ist etwa zubedenken: Ist IhrDesign flexibel genug, um künftigen Anfor-derungen zu entsprechen? Ist Ihre Lösungflexibel genug, umauch in einer sichperma-

Sicherheit im Internet der Dinge (IoT):Diese Punkte sollten Sie beachtenSicherheit im IoT wird immer wichtiger.Hilfreich ist ein Sicherheits-Rahmen-werk. Dieses sollte folgendes umfassen:Sicheres Starten: Authentifizierungs-möglichkeit, um sicherzustellen, dassnur beglaubigte, vom Hersteller freige-gebene Softwareaktualisierungen er-laubt sind.Sichere Speicherung: Eine Verschlüs-selung auf Dateisystemebene, die eintransparentes Verschlüsseln zur siche-ren Speicherung sensibler Daten ermög-licht.Authentifizierung: Datenauthentifizie-rungs- und Geräteidentitätsverwaltungs-optionen, die sicherstellen, dass Pro-dukte nicht mit Standardbenutzer- und

Passworteinstellungen geliefert werden.Sichere Verbindungen: Die aktuellenVerschlüsselungsprotokolle für Data-In-Motion- und Funkübertragungen (OTA),um die Integrität der Daten in einemNetzwerk zu sichern.Geschützte Hardwareschnittstellen:Interne und externe I/O-Schnittstellenwerden geschützt und mit Zugangskon-trollen versehen, um ein unerwünschteslokales Eindringen zu verhindern.Laufende Überwachung und Unterstüt-zung: Laufende Risikobewertung undÜberwachungsdienste, sowie intern undextern durchgeführte Sicherheitsauditsund proaktive Kommunikation bewertenanstehende Gefahren.

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nent weiterentwickelnden Welt, in der sichKunden und deren Bedürfnisse ständig än-dern, stets aktuell zu bleiben?

IoT-Sicherheit wird immerwichtigerÜber Sicherheit wird sehr oft dis-

kutiert, wenn es um IoT-Anwen-dungen geht. Laut HP SecurityResearch sind 70%aller IoT-Gerä-te leicht angreifbar. Um Angrei-fern entgegen zu wirken, sollteman unbedingt in ein Gerätesi-cherheits-Rahmenwerk investie-ren,welches denProzess zur Siche-rung von verbundenen Geräten ver-einfacht.Was ein solches Sicherheits-Rahmenwerk umfassen sollte, lesen SieimKasten: „Sicherheit im IoT:Diese Punk-te sollten Sie beachten“.Gemeinsammit CODICObietet derHerstel-

ler DIGI ein komplettes Sortiment an inte-grierten Lösungen, darunter Module undSingleboard-Computer (SBCs) sowie Soft-wareundFernverwaltungsmöglichkeiten an.DasAngebot umfasst RF- undMobilfunkmo-dule sowie System-on-Module (SoMs) undSBCs zur Deckung der Entwicklungsanfor-derungen und bietet alles, egal, ob Sie anReichweite, Leistung, Programmierbarkeit,Zertifizierung, Sicherheit, oder Softwaretoolsinteressiert sind. Zur Angebotspalette gehö-ren auch Gerätefamilien, die eine schnellemodulare Entwicklungdort unterstützen,woman sich eine in Zertifizierungsschwierigkei-ten festgefahreneProduktentwicklungnichtleisten kann.

Ultrakompakte, hochintegrierteSystem-On-Module-LösungenDie System-on-Module von DIGI bieten

mehrere integrierte Funklösungen, daruntervorzertifiziertes 802.11a/b/g/n/ac, BluetoothsowieMobilfunkoptionen. Basierendauf denaktuellen XBee-Modulen mit Prozessorenwie NXP i.MX6UL, i.MX6 und demnächsti.MX8Xbietendie SoMsGerätesicherheit fürverbundene IoT-Anwendungen. Sie können

zudem Ihre parallele Softwareentwicklungfür integrierte Android- und Linux-Entwick-lungsumgebungen, darunter auch für dasYocto-Projekt, beschleunigen.

Vielseitige, handelsüblicheSingleboard-ComputerAuf der Basis vonSoMsbietet die Produkt-

palette von DIGI kompakte, kostengünstigeundvielseitige handelsübliche Singleboard-

Computer. Diese ermöglichen einedeutlich kürzere Zeit bis zur Markt-reife, da sie das herkömmliche Ri-siko, denAufwandunddieKomple-xität vonmaßgefertigten Boardde-signs praktisch eliminiert, ohnedafür Flexibilität oder Funktionenzu opfern. Die SBCs von DIGI unter-stützen ARM-, NXP-, und Rabbit-Pro-

zessoren sowie mehrere Drahtlos-schnittstellen. Für die SBCs aufNXP-SoM-

Basis liefert CODICO auch vollständigeSchaltpläne, Gerberdateien, StücklistenundRessourcen, damit Entwickler schnell ihreeigenen Carrier Boards erstellen können.

RF-Module für den schnellenEinsatzDie RF-Module XBee von DIGI bieten

drahtlose Verbindungen in einer Reihe vonProtokollenundFormfaktoren zurUnterstüt-zung aktueller stromsparender Anwendun-gen. Diese leicht zu implementierenden,vorzertifizierten und mithilfe der kostenfreierhältlichen Software XCTU und der XBee-Mobil-AppkonfigurierbarenModule erfüllenalle Anforderungen für drahtlose Designs.DIGIs XBee stellt desweiteren den einfachs-ten Weg zur Integration von Mobilfunkkon-nektivität in einem OEM-Gerät dar.Mit der Einführung von 3GPP-Standards

wie LTE Cat 1, LTE-M und NB-IoT sowie beiälteren Standards 3G HSPA/GSM, verfügtDIGI sicher über ein Mobilfunkmodem fürIhrDesign.DieMobilfunkmodemsvonXBeeliefern einfache Mobilfunkkonnektivität,ohne einen kostspieligen FCC- oder Netzbe-treiber-Endgerätezertifizierungsprozessdurchlaufen zumüssen. // MK

CODICO

TrustFence von DIGI: Integrierte Sicherheit, die Anwen-dern einen sofortigen Zugriff auf kritische Funktio-

nen wie sichere Verbindungen, authentisiertesStarten, verschlüsselte Datenspeicherungund mit Zugriffskontrolle verseheneSchnittstellen bietet.

Trustdefence für Embedded-DesignsEmbedded-Sicherheit stellt zunehmendeine kritische Designkomponente für ver-bundene IoT-Anwendungen und -Gerätedar. Die integrierte Sicherheit des DIGITrustFence ermöglicht einen sofortigenZugriff auf kritische Funktionen wie siche-re Verbindungen, authentisiertes Starten,

verschlüsselte Datenspeicherung, mitZugriffskontrolle versehene Schnittstel-len, sichere Softwareupdates, sowie einenahtlose Integration des zugehörigen on-module Secure-Elements (SE). Viele Kun-den sind in stark regulierten Branchentätig: DIGI hat sich im Zusammenhang

mit der Einführung von Standards und an-deren relevanten Sicherheitszertifizierun-gen wie HIPAA, FIPS 140-2 und NIST sowiebei der Unterstützung von Kunden bei derErfüllung von Zertifizierungen, etwa PCI-DSS für Retail- und FDA für Medizinpro-dukte, als Branchenführer etabliert.

System on Module (SoM) von Digi: Diese ermögli-chen eine schnelle Entwicklung.

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BAUTEILEBESCHAFFUNG // AKTUELLES


Arrowvertreibt dasMindSphere-Portfolio von Siemens für dasindustrielle Internet der Dinge(IIoT) in der Region EMEA.MindSphere ist das cloud-basier-te, offene IoT-BetriebssystemvonSiemens und verbindet Produk-te, Anlagen, Systeme und Ma-schinen. Es ermöglicht Unter-nehmen, über das IoT generierteDaten einer umfangreichenAna-lyse zu unterziehen (AdvancedAnalytics). Arrow ist bereitsMindSphere-Partner undhat eintechnisches Team, das von Sie-mens imRahmendesMindSphe-

INTERNET DER DINGE

Arrow ist erster Reseller von Siemens MindSphere in EMEA

Bild:Siemens re-Lehrplans geschult wurde.

Dankder neuenReseller-Verein-barungkannArrow Industrieun-ternehmenauf demWeg zu einervollständigen IoT-Integrationund zu Industrie 4.0 besser un-terstützen. Arrow adressiert alleEbenen einer IoT-Lösung, vonelektronischen Komponentenbis zu IT-Lösungen, einschließ-lich Entwicklung. Das Portfolioumfasst etwaSensoren, Konnek-tivität, Cloud, Analyse, Sicher-heit und IT-Infrastruktur.

Arrow

Digitales Team: Samsungs SmartThings-Plattform und alle ihre kompatiblenGeräte lassen sich mit der Plattform von Conrad Connect vernetzen.

Über 440.000 Nutzer und über100Marken sindTeil des Conrad-Connect-Ökosystems – 45 Milli-onen monatlich aktive Smart-Things-Nutzer von Samsungkönnen nun ihre Produkte vomSmart TV über Bewegungsmel-der bis hin zu Haushaltsgerätenmit den Geräten der Conrad-Connect-Plattform verknüpfen.Wennauf demSamsung-Fernse-her abends der Wunschsenderläuft, verdunkelt sich automa-tischdieWiZ-Deckenlampe.Aussolcher Zukunftsmusik wird Ge-genwart: Samsungs Smart-Things-Plattform und alle ihrekompatiblen Geräte lassen sichab sofort mit der Plattform vonConrad Connect vernetzen. Nut-zer können zudem eigene Auto-matisierungsprojekte für dasSmart Home, Smart Office oderSmart Building erstellen.Samsung und Conrad Connectbetreiben dabei Pionierarbeit.Bei der Kooperation handelt essich seitens Samsung um eineder ersten Cloud-zu-Cloud-Inte-grationenmit einer externen IoT-Plattform.Ziel der beiden Unternehmen

sind einfach zugängliche, aberumfassend vernetzte Smart-Li-ving- und Smart-Business-Lö-sungen. „Bislanghapert es nochan der mangelnden hersteller-

DIGITALES TEAM

Samsung SmartThings und Conrad Connect kooperieren

übergreifenden Kompatibilitätvieler IoT-Geräte und -Services“,erklärt Andreas Bös, Vice Presi-dent bei Conrad Connect. „JedeMarke erfordert bislang eine ei-geneAppmit verschiedenerUsa-bility undFunktionalität. Das istein digitales Wirrwarr, in demder Verbraucher rasch denDurchblick verliert. Und dannlassen sichdieAppsnicht einmalmiteinander verknüpfen.“Just an diesem Punkt setzt

Conrad Connect an und hatdurch die Kooperation mitSamsung das eigene Ökosystemschlagartig erweitert. Samsung-

Bild:ConradConn

ect

Geräte können fortan mit demConrad-Connect-Ökosystem in-teragieren.Mehr als 45Millionenmonatlich aktive Nutzer derSamsungSmartThings-Plattformhabenab sofort dieMöglichkeit,ihre Devices über Conrad Con-nect mit den Geräten von über100anderenMarken zuverknüp-fen, darunter unter anderemHomematic IP, Philips, AmazonEcho,GoogleHome, oderOsram.Statt jedes IoT-Gerätmanuellmiteiner eigenen App zu steuern,verbinden die Nutzer beispiels-weise den Smart TV vonSamsung, die Beleuchtung von

WiZ, die Thermostat-Steuerungvon Homematic IP oder denLautsprecher vonSonosüber nureine einzige Plattform.Auch weitreichende Automa-

tisierungen sindmit nurwenigenKlicksmöglich: Schaltet derNut-zer auf seinem Fernseher ab ei-ner bestimmten Uhrzeit seinenWunschsender ein, fahren auto-matisch die Jalousien herunter.Zeitgleich dimmen Algorithmendas Licht entsprechend der ein-mal konfiguriertenWünschedesNutzers.Zudem schließt ConradConnect als erste IoT-Plattformdie Brücke von smarten Deviceszu realen Dienstleistungen. Sokönnen smarte Sensoren vonSamsung mit dem Smart-Orde-ring-Service eigenständig neueBatterien imOnline-Shopbestel-len, sobald einniedriger Energie-stand gemessen wird.„UnsereVision ist ein grenzen-

loses Internet der Dinge, dasüber die Insellösungen der Her-steller hinausgeht und dem An-wender völlig neue Möglichkei-ten eröffnet. Wir vernetzen undautomatisieren die Geräte ver-schiedener Hersteller, so dassder manuelle Eingriff des Nut-zers minimiert wird”, fasst Böszusammen.

Conrad / Samsung

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IoT-5G-Module RM500Q und RM510Q von Quectel: Die Multimode-Modulemeistern dank Snapdragon-X55-Modem 2G bis 5G.

Die kommerziellen IoT-5G-Modu-le RM500Q und RM510Q vonQuectel sind mit QualcommsSnapdragon-X55-5G-Modem,An-tennenmodulenmit integriertemHF-Transceiver, RF-Front-End(RFFE) sowie Antennenelemen-ten vonQualcommausgestattet.Der SnapdragonX55, gefertigt in7-nm-Technologie, ist Qual-comms erstes 5G-Multimode-Modem, das 2G bis 5G unter-stützt. Im Gegensatz zum Vor-gänger-Modem X50 (10 nm)meistert der Snapdragon X55somit 5G-Netze nicht nur imSub-6- und mmWave-Frequenzbe-reich, sondern auch LTE, UMTSund GSM samt aller Erweiterun-gen wie HSPA und EDGE. DerSnapdragon X55 unterstützt zu-dem das Standalone-Release 15(SA 15) der Standardisierungsor-ganisation 3GPP (3rdGenerationPartnership Project), welchesjetzt im Standalone-Modus (SA)als „echtes“ 5G den gesamtenTransfer ausschließlich über 5Gabwickelt.Die 5G-Module von Quectel,

RM500Q und RM510Q, eignensich für geschäftliche undmobi-le Breitbandanwendungen wieFixed Wireless Access, mobileGateways, Always ConnectedPCs sowie öffentliche Sicherheitsund Überwachungslösungen.

5G-MULTIMODE

Erste „echte“ 5G-Module von Quectel mit Qualcoms Snapdragon X55

RM500Q und RM510Q unter-stützen LTECategory 12 oder hö-her sowie integrierte GNSS-Leis-tungsmerkmale. GNSS (GlobalNavigation Satellite Systems) istwichtig für die Aufrechterhal-tung eines robusten Hochleis-tungsnetzwerks.Atlantik Elektronik siehtQuec-

tels RM500Q als ein „auf Qual-comms Snapdragon X55 basie-rendes Modul, optimiert für 5GIoTundeMBB (EnhancedMobileBroadband), dasweltweiteKom-patibilität für 5G- undLTE-Abie-tet“. Das RM500Q integriertQualcomms IZat-Ortungstechno-

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uectel

logieGen8CLite. IZat unterstütztGPS,Galileo, GLONASS, BeiDou,und QZSS. Das Navigationssys-tem Galileo ist eine europäischeAlternative zumamerikanischenGPS, zum russischen GLONASSund zum chinesischen BeiBou.Der integrierteGNSS-Empfänger,so Atlantik Elektronik, „ist opti-miert für M2M- und IoT-Anwen-dungen, vereinfacht das Pro-duktdesign und ermöglicht eineviel schnellere, genauere undzuverlässigere Positionierung“.AufgrunddesM.2-Formfaktors

ist dasRM500Qmit denQuectel-Modulen EM06 (LTE-A Cat. 6),

EM12 (Cat. 12), EM20 (Cat. 20)kompatibel. Desweiteren unter-stützt das RM500Q neben Inter-netprotokollen auch Indus-trieschnittstellen, etwa USB-Treiber fürWindows 7,Windows8/8.1, Windows 10, Linux, An-droid/eCall. Atlantik Elektronikbetont die „Unterstützung fürdenNSA- unddenSA-Modus, dieweltweite Kompatibilität für 5G-und LTE-A und den Multi-Kons-tellations-GNSS-Empfänger, so-wie die Funktionen DFOTA undVoLTE (optional)“.Das RM510Q ist, so Atlantik

Elektronik, „das erste industriel-le 5G-mmWave-Modul, das dem3GPP-Release 15 5G NR-Stan-dards vollständig entspricht“.Das M.2-Modul deckt fast alleMainstream-Carrier weltweit abund basiert auf einen Snapdra-gon-855-Prozessor, kombiniertmit dem Snapdragon-X55-5G-Modem und unterstützt mm-Wave- und Sub-6GHz-Frequen-zen sowohl im 5G-Standalone-(SA) als auch im Non-Standalo-ne- (NSA) Betrieb. Für denBetrieb in LTE-Netzen stelltQuectel ein Maximum von 2,5GBitproSekundeimDownstream(Cat 22) inAussicht. ErsteModel-le sollen inKürze verfügbar sein.

Atlantik Elektronik

INFORMATIONSPFLICHT FÜR LITHIUMBATTERIEN UND -ZELLEN

Transport von Lithium-Batterien erfordert verpflichtenden PrüfberichtDie Nachfrage von Lithium-Batterien/-Zellen ist weiterhinstark ansteigend. Grundsätzlichunterliegt deren Transport demGefahrgutrecht. Weil immermehr Lithium-Batterien/-Zellenaus unbekannten Quellen imUmlauf sind, stellt das Gefahr-gutrecht neueAnforderungenandie Dokumentation:Der UN-38.3-Report weist

nach, dass die Batterien grund-sätzlich tauglich für die Beförde-rungen sind; fehlt er, kann derSpediteur denTransport verwei-gern.Neu ist, dass lautAbschnitt

UN-Test gelten nur für so ge-nannte Prototypen beziehungs-weise Kleinserien von maximal100 Stück Lithium-Batterien/-Zellen, die dann via Sondervor-schrift 310desADR/IMDGbezie-hungsweiseA88des IATA-Rechtstransportiert werden dürfen.Wichtig für den reibungslosenTransport sind laut FachverbandBauelementeDistribution (FBDi)etwa die richtige KlassifizierungundVersandvorbereitung.Die zuerfüllenden Auflagen sind auchvon der Nenn-Energie einer Li-thium-Ionen-Batterie oder vom

Lithium-Gehalt in der Lithium-Metall-Batterie abhängig. EinerleichterterVersandnach IATA-DGR und ADR ist bei Lithium-Ionen-Batterienmit einer Nenn-leistung vonunter 100Whbezie-hungsweise 20Whpro Zelle undbei Lithium-Metall-BatterienmitLithiumgehalt von bis zu 2 g be-ziehungsweise 1 g pro Zellemög-lich. Für beschädigte Lithium-Batterien oder -Zellen sind be-sondereBedingungenbeiVerpa-ckungundVersand zubeachten.

FBDi

38.3.5 des UN-Handbuchs diePrüfungen und Kriterien ab1. Januar 2020 die Informationzum bestandenen UN-Transpor-tation-Test ausführlicher doku-mentiert und für den Versandvon Lithiumbatterien zwingendentlang der Lieferkette bereitge-stellt werden muss. Betroffensind alle nach dem30. Juni 2003hergestellten Batterien. DieseAnforderungen gelten sowohlfür Hersteller als auch für nach-folgendeVertreiber vonLithium-Batterien/-Zellen, somit auch fürDistributoren. Ausnahmen vom

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Kommunikationsdaten unserer Ansprechpartner:E-Mail-Code: (bitte Schreibweise von Umlauten beachten): <vorname>.<name>@vogel.de; Telefon: +49-931-418-(4-stellige-Durchwahl)

ImpressumISSN 0344-1733

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KÜNSTLICHE INTELLIGENZ

Wie Farnell Kunden bei der Entwicklung von KI unterstützt„Künstliche Intelligenz, vonselbstfahrendenAutos bis hin zuautonomen „Lights-out“-Fabri-ken, war früher der Science-Fic-tion vorbehalten.Aber heutehältdie Technologie auch im Alltagimmermehr Einzug. Und daraufsindwir vorbereitet“, so Cliff Ort-meyer, GlobalHeadof TechnicalMarketing bei Farnell, einemUnternehmen von Avnet.Eines dieser KI-Produkte ist

der BeagleBone AI. Er ist eineschnelle Lösung für eingebette-tes maschinelles Lernen. DerSBC erleichtert die alltäglicheAutomatisierung für industrielleAnwendungen und ermöglichtEntwicklern, ihreDesigns inner-halb von wenigen Minuten inBetrieb zu nehmen.Auf der Webseite von Farnell

können Community-Mitglieder

die Grundlagen der KI in einemkostenlosen Online-Kurs ken-nenlernen, von der Geschichteder KI bis hin zu Algorithmen,demBayes-Theorem,Maschinel-lem Lernen, Deep-Learning so-wieKI-Anwendungen.DerDo-it-yourself-Kurs bietet Entwicklerndie Tools, die sie für die Integra-tion von KI in ihre eigenen De-

signs benötigen. Ein weiteresAngebot sind KI-Konfiguratorund KI-Ressourcenseite: Der KI-Konfigurator ist ein interaktivesTool, mit dem Entwickler raschgeeignete Produkte und Lösun-gen für ihreKI-Projekte ermittelnkönnen. Neue Produkte wie derRaspberry Pi 4B, das Entwick-lungsboard Ultra96 V2 und das

BeagleBone AI sind in das Toolintegriert. Der KI-Konfiguratorist Teil der KI-Ressourcenseitevon Farnell. Dabei handelt essich um eine zuverlässige Infor-mationsquelle rund ums Themafür Entwickler undMaker, die ihrWissen erweitern möchten.Desweiteren bietet element14

eine neue Seite für KünstlicheIntelligenz. Diese Seite bündeltalle aktuellen element14-Inhalterund um das Thema KI, ein-schließlich einer Reihe von Mit-gliederprojekten, Tech Spot-lights, Blogbeiträgen und Pro-dukten. Dieser Bereich enthältauch die wöchentliche Serie„element14 Presents“ mit Vi-deos, die den Schwerpunkt aufdenneuenBeagleBoneAI legen.

Farnell

Bild:B

eaglebone.org

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ZUM SCHLUSS


So schützen Sie sichvor dem Trojaner „Emotet“

„Der Trojaner Emotet gilt als die derzeit gefährlichsteCyberbedrohung für Unternehmen weltweit. Mit pro-aktiven IT-Sicherheitslösungen können sich Unterneh-men allerdings sehr gut vor dem Angreifer schützen.“

Das Unternehmen Krauss-Maffei hat es getroffen, den Alumi-niumhersteller Hydro Norsk und jüngst wurde der Maschi-nenbauer Pilz zum Opfer: Hacker haben die gesamten Fir-

mendaten verschlüsselt und eine Lösegeldforderung an die Unter-nehmen geschickt. Tagtäglich werden Unternehmen auf dieseWei-se erpresst. Laut einer Cybersecurity-Studie des TÜV ist jeder fünfteIT-Sicherheitsvorfall ein Ransomware-Angriff – nur die prominen-testen Beispiele kommen in die Schlagzeilen.Immer häufiger steckt hinter solchen Erpressungsangriffen die

Schadsoftware Emotet. Denn Emotet ist ein Türöffner. Ist der Troja-ner einmal installiert, können die Hacker völlig ungehindert weite-re Schadprogrammenachladen–häufig in FormeinerVerschlüsse-lungs-Software für Ransomware-Angriffe. Deswegen stellenEmotet-Angriffe eine ganz neueQualität von Cyber-Verbrechen dar: Einmaleingeschleust, ist das angegriffene Unternehmen verschiedenstenAngriffsszenarien ausgeliefert.Das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI)

stuft Emotet in Verbindung mit Ransomware in seinem aktuellenLagebericht als eine der größtenBedrohungen fürUnternehmenein.Emotetwird vomBSI sogar als „eineder größtenCyber-BedrohungenderWelt“ bezeichnet. DasProblem:Manhat es hiermit Profis zu tun.Emotet wird mit Hilfe gefälschter E-Mails, sogenannter Phishing-E-Mails, auf Unternehmensrechnern eingeschleust. Diese sehen heu-te so echt aus, dass es nur sehr schwer ist, sie als Fälschungen zuerkennen.Hinter dem Versand stecken professionelle Hacker-Banden, die

in regelmäßigenAbständen eine regelrechte Phishing-Flut initiieren.Ein falscherKlick–undEmotet landet auf demPC. Sobaldder Rech-ner befallen ist,meldet sichEmotet beimServer desHackers zurück.Dieser weiß dann, dass der Angriff erfolgreichwar und kannweite-re Malware einschleusen. Parallel dazu liest Emotet Inhalte aus

Outlook-Postfächern des befallenen Systems aus – das sogenannte„Outlook-Harvesting“.Das führt dazu, dass der Spamechtwirkt undmit hoher Wahrscheinlichkeit geöffnet wird.Menschliche Fehler von Mitarbeitern lassen sich also kaum ver-

meiden. Auch Antivirenlösungen und klassische Firewalls könnenden Schädling nicht abhalten. Stattdessen braucht es Sicherheits-lösungen, die dieAngreifer „proaktiv“ ausdem IT-System fernhalten.Das bedeutet: Um einen PC vor Emotet zu schützen, muss der

Internetzuganggesichertwerden.Amkonsequentesten ist das durcheine Trennung von Internet und internemNetzwerkmöglich. Dannkann Schadsoftware nicht in das Basisbetriebssystem eindringen.Praktischumsetzen lässt sich dasmit einemvirtuellenBrowser: AlsErweiterung zur hardwarebasierten Komponente wird dazu einesoftwarebasierte virtuelle „Surfumgebung“ geschaffen. Die Nutzerarbeiten mit einer vom Betriebssystem separierten Maschine.DerVorteil: Anstatt –wie beiAntivirenprogrammen–Schadcodes

zu erkennen, werden alle potenziell gefährlichen Aktivitäten indiesem virtuellen Browser isoliert. Jeder Browserstart beseitigt dieSchädlinge und versetzt den Browser in seinen Ausgangszustand.Selbst wenn Emotet über einen USB-Stick einen Weg ins Netzwerkfindet, lässt sich der Angriff aufhalten: Um den Schädling zu akti-vieren und weitere Schadsoftware nachzuladen, wäre der Zugangzum Internet notwendig. Durch die strikte Trennung bei einem vir-tuellen Browser wird das unterbunden.DurchEmotet- undRansomware-Angriffe entstehenUnternehmen

ein enormer Schaden: Die IT-Systeme laufen möglicherweise wo-chenlangnicht richtig; zudem ist dieWebsite der betroffenenUnter-nehmen häufig tagelang nicht erreichbar. Um die eigene Wettbe-werbsfähigkeit zu schützenund existenzbedrohendenProduktions-ausfälle abzuwenden, ist daher eine proaktive Absicherung derEndgeräte zwingend notwendig. // EK

Clemens Schulz: arbeitet als Director Desktop Securitybei Rohde & Schwarz Cybersecurity

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