02/2017
D 19067 · Februar 2017 · Einzelpreis 19,50 € · www.elektronik-industrie.de
Was Entwickler wissen müssen MEMSTAKTGEBER Einsatz von präzisen, widerstandsfähigen Silizium-MEMS-Oszillatoren 18
WIRELESSIC Hochfrequenz-Transceiver für Sub-GHz-Funkanwendungen 28
EMV Filter für DC/DC-Schaltregler richtig dimensionieren und optimieren 46
QUARZE UND OSZILLATOREN
Märkte, Trends, Technologien 14 ige
ze An
Editorial
editorial
kühlen schützen verbinden
19“ Komponenten
von Chefredakteur Hans Jaschinski
Wer gibt den Takt an?
M
ärkte, Trends und Technologien bei Quarzen und Oszillatoren stehen im Mittelpunkt unserer Titelgeschichte auf den Seiten 14 bis 16. Im Bereich der Oszillatorentwicklung sind die immer höher werdenden Umgebungstemperaturen bemerkenswert. Mittlerweile existieren für Bohrungen unter Tage entwickelte Oszillatoren, die bis 260 °C einsetzbar sind. Und für 2017 kann, so Christian Dunger, der Autor des Beitrags, mit einer weiteren Erhöhung der möglichen Betriebstemperaturen gerechnet werden. Bei Quarzprodukten gibt es zahlreiche Anbieter, die sich im zum Teil ruinösen Wettbewerb gegenüber stehen. Bei den MEMS-Oszillatoren existieren aktuell nur zwei Anbieter: Microchip, die 2015 durch den Zukauf von Micrel auch an die Discera-MEMS-Oszillatoren kamen, sowie das noch relativ junge Unternehmen Sitime. Beide bieten programmierte OszillatorModule an. Über Distributoren werden die Microchip- und Sitime-Produkte zunehmend besser verfügbar. Vor wenigen Wochen erst hat der Distributor SE Spezial-Electronic mit einem eigens beschaff-
ten Gerät einen Programmierservice eingerichtet, über den sich der Interessent online die fertig programmierten MEMSOszillatoren von Sitime ab der Losgröße 1 ordern kann. Tiefer in die Technik der MEMS-Oszillatoren von Sitime steigt übrigens unser Beitrag ab Seite 18 ein.
• Verschiedenartige Aufbausysteme • Modulare Bauweise • Interne Leiterkartenführungen und T-Nuten • EMV geschirmte Ausführungen • Umfangreiches Zubehör, Ausbausätze • Sonderhöhen, -tiefen und Teileinheiten
Quarze, Oszillatoren und Mikrocontroller sind Kompetenzen von Seiko Epson. Was liegt näher als alles zu integrieren, dachte sich das Unternehmen und hat den 16-BitMikrocontroller S7C17M11auf den Markt gebracht. Dabei wurde ein sehr stabiler 32,768-kHz-Quarz in den Mikrocontroller eingebaut und ein Verfahren zum Erkennen und Korrigieren von Frequenzabweichungen, die von Temperaturschwankungen verursacht werden, entwickelt. Es zeigt sich, dass es auch in einem preislich heiß umkämpften Markt immer noch neue Möglichkeiten gibt, sein Geld zu verdienen.
[email protected]
Mehr erfahren Sie hier: www.fischerelektronik.de Fischer Elektronik GmbH & Co. KG
Diese EMV-Filtereinsätze verbessern Dämpfung und Frequenzabdeckung.
www.elektronik-industrie.de
50
Nottebohmstraße 28 58511 Lüdenscheid DEUTSCHLAND Telefon +49 2351 435 - 0 Telefax +49 2351 45754 E-mail
[email protected]
Wir stellen aus: embedded world in Nürnberg 14. - 16. 3. 2017 Halle 4A, Stand 311
Februar 2017
14
Märkte + Technologien 06
Top 5
08
News und Meldungen
Coverstory 14
22
2 8
32
Taktgeber auf MEMS-Basis Präzise, widerstandsfähige SiliziumMEMS-Oszillatoren Name ist Programm Interview mit Verena Engelhardt, Chief Sales Officer bei Intertec
24 Highlights SE Spezial-Electronic, IQD, Petermann, Murata, Schukat, Microchip
Aktoren 40
Zurück auf den eigenen Beinen mit robotischen Therapiegeräten DC-Motoren und Steuerungen machen es möglich
Atlantik
42
Deutlich gesenkte Leistungsaufnahme LSI-Baustein für drahtlose Kommunikation
Flexible Frequenzumrichter in umweltfreundlichen Kältemaschinen Geregelter Antrieb von Turboverdichtern
45 Highlights
Großer Akzeptanzbereich HF-Transceiver für Sub-GHz-Funkanwendungen
31 Highlight
Quarze und Oszillatoren Märkte, Trends und Technologien
Quarze /Oszillatoren 18
Wireless-IC
MEV, Allegro
33 Highlights Carbonics, Microchip
34 Langstrecken-Kommunikation und Smartphone-Verbindungen Nahtlose Interaktion zwischen 2,4 GHz und Sub-Gigahertz
EMV 46
39 Highlights Hy-Line Communication, Rohde & Schwarz, Macnica
EMV-Filter für DC/DC-Schaltregler optimieren Effizienz im Widerspruch zur EMV
49 Highlights Rutronik, Schaffner, TDK
50
EMV-Filtertechnik verbessert Dämpfung und Erdung In Sekunden in Standardsteckverbinder eingesetzt
51 Highlights Vishay, TDK
Gewinnspiel 57 Entwicklungsboard Wir verlosen unter allen teilnehmenden Lesern zwei Curiosity-PIC32MX470Entwicklungsboards (DM320103) von Microchip.
4
elektronik industrie 02/2017
www.all-electronics.de
Besuchen Sie uns: embeddedworld.conrad.de/tickets
28
RUBRIKEN 03
Editorial Wer gibt den Takt an?
52
Neue Produkte
55
Kataloge
57
Gewinnspiel Microchip
58
Impressum
58
Verzeichnisse Inserenten-/Unternehmensverzeichnis
Get your
FREE TICKET e Lösungen. Wir haben intelligent
14.-16.03.2017, Halle 3, Stand 145 Perfekt kombiniert: Ergänzend zum gedruckten Heft finden Sie alle Informationen sowie viele weitere Fachartikel, News und Produkte auf unserem Online-Portal. www.all-electronics.de
Top 5
Top-FIVE Hier präsentiert Ihnen die elektronik industrie jeden Monat die Top 5 Artikel, News und Produkte der Elektronik-Entwicklung. Die Leser der Webseite www.all-electronics.de haben diese aktuellen Inhalte im vergangenen Monat am häufigsten aufgerufen. Wer sich für weitere Informationen interessiert, gibt auf diesem
Portal die infoDIREKT-Kennziffer (zum Beispiel 700ei1215) in das Suchfeld ein. Übrigens finden Sie auf unserer Internetseite die Inhalte der elektronik industrie seit dem Jahr 1999. Um immer auf dem Laufenden zu sein, abonnieren Sie einfach unseren Newsletter unter www.all-electronics.de.
Artikel
1
Die wechselnde Bedeutung von Photo-Voltaik-Wechselrichtern 502ei0117
2
Weg der Sicherheitszulassung von EN60950 zu EN62368
3
Schnelltaktende DC/DC-Wandler für die Luftfahrt
4
Leiterplatten-Design für hohe Ströme auf kleiner Fläche
5
Wirkungsgrad externer Netzteile verbessern ist notwendig
2
Deutscher Halbleitermarkt geht optimistisch ins Jahr 2017
3
TDK übernimmt Sensor-Spezialisten Invensense
4
Intertek darf Funktionale Sicherheit zertifizieren
5
U-Blox übernimmt Modem-Module von Simcom
2
Sensorplattform für Wearables und IoT-Anwendungen
3
Federkontakte mit Isolationsbeschichtung
4
Kleine FPGAs mit größerem Speicher und mehr DSPs
5
Die MBit-Klemme als Lösung für SMT-Federleisten
Solar Edge
500ei0117Syko
501ei0117Diverse
801ei1216Häusermann
505ei0117
XP Power
NEWS
1
Funktionale Straßenbeleuchtung mit LED-Technologie 703ei0117
Osram Opto
702ei0117ZVEI
806ae1216TDK/Invensense
100ae0117Intertek
104ae0117U-Blox/Simcom
PRODUKTE
1
6
Bosch entwickelt winzigen barometrischen Drucksensor 803ae0117
elektronik industrie 02/2017
Bosch Sensortec
705ei0117
ST Microelectronics
696ei0117
507ei0117
700ei0117
Alps Electric
Lattice Semiconductor
Metz Connect
www.all-electronics.de
SIGNAL CHAIN EXPERTISE AND SYSTEM-LEVEL KNOWLEDGE TO SOLVE THE TOUGHEST 5G CHALLENGES. Analog Devices has been at the forefront of enabling wireless communication technologies, up to 4G and LTE/LTE-A. As market leaders in data converters, RF, microwave and millimeter wave, our proven capabilities, antenna-to-bits portfolio, and integration expertise will help drive the next global wireless standard – and build your 5G future.
#ADIahead
INNOVATING A 5G WORLD
EXPLORE MORE ON analog.com/RFMW
Märkte + Technologien
Neue Speichertechnologie wie DRAM, nichtflüchtig wie Flash und nimmt im Ruhemodus praktisch keinen Strom auf. Die Technologie ist CMOS-kompatibel und soll bis zum 5-nm-Technologieknoten und darüber hinaus skalierbar sein. Der NRAM arbeitet als resistiver, nichtflüchtiger Speicher. Die Carbon-Nanotubes (CNTs) werden auf ein herkömmliches Siliziumsubstrat mit unterliegender Speicherzellstruktur abgeschieden. Zwischen zwei Elektroden befindet sich ein Netzwerk aus CNTs, die sich entweder berühren (Low-Zustand) oder voneinander getrennt sind (High-Zustand). Die Trennung der CNTs wird durch ihre Steifigkeit aufrecht erhalten, während die Verbindung allein durch Van-der-Waals-Kräfte bestehen bleibt. Damit benötigt die Erhaltung der Highund Low-Zustände praktisch kein Stromfluss. Die Analysten erwarten, dass die Markteinführung der neuen Speichertechnologie eine Welle an Innovationen auslöst und einen noch größeren Einfluss auf den Markt haben könnte, als die Einführung des Flashspeichers. Applikationsbereiche umfassen vorrangig die Mobil- und Unterhaltungselektronik, das IoT, den AutomotiveBereich sowie die Luft- und Raumfahrtindustrie.
Nach einem Jahrzehnt Forschung und Entwicklung spricht jetzt vieles dafür, dass der NRAM (nano-random access memory) es aus dem Labor zur Marktreife geschafft hat. Der von Nantero entwickelte NRAM ist der erste nichtflüchtige Speicher, der auf der Carbon-Nanotube-Technologie basiert und es wird erwartet, dass die Markteinführung eine Welle an Innovationen auslöst. Entwicklungsvorhaben für neue nichtflüchtige Speichertechnologien existieren viele, aber keine scheint einer Markteinführung so nah zu sein wie die von Nantero entwickelte Technologie. Bereits 2016 schlossen Nantero und Fujitsu ein Lizenzabkommen über die Speichertechnologie und es wurde ein lizenzgeschütztes Chipdesign veröffentlicht. Im Dezember letzten Jahres sicherte sich Nantero zudem die Erhöhung der Risikokapitalfinanzierung um weitere 21 Millionen Dollar auf insgesamt 110 Millionen Dollar. Laut dem Marktanalysten BCC Research deutet damit alles darauf hin, dass der NRAM schon 2018 im großen Stil auf den Markt kommen wird. Laut Herstellerangaben ist der NRAM bei höherer Speicherzellendichte mindestens so schnell
Bild: Nantero
Revolutioniert der NRAM den Speichermarkt?
Der nichtflüchtige NRAM von Nantero basiert auf der Carbon-Nanotube-Technologie und verbraucht im Ruhezustand praktisch keinen Strom.
BCC Research erwartet dass die globale Nachfrage nach NRAM zwischen 2018 und 2023 um 62,5 Prozent steigt.
infoDIREKT 800ei0217
Digitales Motor-Feedback Die elektrische Antriebstechnik hat das Ziel, das Motor-Feedback rein digital auszuführen. Mit der Ein-Kabel-Technologie werden Motorkabel und Sensorkabel sowie deren Verbindungstechnik zusammengeführt. Die Open Source User Group hat nun BiSS Line für Ein-Kabel-Technologie-Motor-Feedback definiert. Die BiSS-Schnittstelle hat sich seit der Einführung 2002 als offene, standardisierte Sensor-Schnittstelle weltweit etabliert. Die BiSS User Community beschäftigt sich mit der Ein-Kabel-Technologie schon seit 2014. Auf der SPS 2016 wurde das BiSS-Line-Protokoll als erste offene Schnittstelle für Ein-Kabel-Technologie vorgestellt. Vorteil von BiSS Line ist die Nutzung der bereits vorhandenen Infrastruktur der Ein-Kabel-Technologie, also Kabel, Verbindungstechnik und Übertragungstechnik. Die Verwendung des Physical Layer RS-485-half-Duplex mit Basisbandübertragung, kombiniert mit dem BiSS-Line-Protokoll, ermöglicht eine robuste Übertragung und einen geringen Erfassungs-Jitter.
Bild: IC-Haus/BiSS
BiSS Line: Erste Open Source Ein-Kabel-Technologie definiert
Das BiSS-Line-Protokoll wurde als erste offene Schnittstelle für Ein-Kabel-Technologie für digitales Motor-Feedback definiert.
Wahlweise steht eine 4-Draht basierte Lösung mit getrennter Kommunikation und Versorgung oder eine 2-Draht basierte Lösung mit kombinierter Kommunikation und Versorgung bei gleichem Protokoll zur Verfügung. Die optionale Forward Error Correction (FEC) ermöglicht eine noch robustere Datenübertragung. Zusätzlich bietet das offene BiSS-Line-Protokoll hohe Störabstände bei der Übertragung des Positionserfassungszeitpunktes. Die Protokollumsetzung von BiSS C auf BiSS Line ist vollständig kompati-
bel, wodurch alle BiSS-Bestandsdefinitionen wie Elektronisches Datenblatt EDS, Benutzerdatenspeicher USERDATA, BiSS-Profildefinition, Identifikation und Seriennummern erhalten bleiben. Mit BiSS Line lassen sich auch direkt BiSS-Safety-Lösungen umsetzen. Alle BiSS-Safety-Inhalte sind über das BiSS-Protokoll abgedeckt und mit BiSS Line übertragbar. Durch den modularen Ansatz und den Erhalt aller Protokollinhalte lassen sich vorhandene BiSS-C-Sensorsysteme unkompliziert auf BiSS Line umsetzen. Diese Umsetzung vorhandener Sensorsysteme auf BiSS Line kann im Sensorgehäuse, in der Verbindungstechnik oder im Verkabelungssystem erfolgen. Antriebsseitig ist eine Änderung der Hardware durch die meist vorhandene RS-485-Übertragungstechnik nicht notwendig. Das Antriebssystem kann mittels FPGA, CPLD oder durch eine Firmware-Erweitung BiSS-Linefähig gemacht werden.
infoDIREKT 802ei0217
Datenübertragung per Mobilfunk U-Blox übernimmt den Bereich Mobilfunk-Modem-Module der Shanghaier Simcom Technology Group. Dafür gibt es strategische Gründe. Die Akquisition in Sachen Mobilfunk-Modem-Module soll U-Blox‘ Position als Anbieter für 2G-, 3G- und 4G‑Produkte festigen. Zudem verspricht U-Blox sich davon eine Verbreiterung der Kundenbasis und einen Ausbau der geografischen Reichweite in Asien. Vor allem in China soll die Vereinbarung den Handel mit Mobil-
8
elektronik industrie 02/2017
funk-Modulen erhöhen. Weiterhin ergibt sich dank der höheren Absatzmenge die Möglichkeit, den von U-Blox kürzlich angekündigten Mobilfunk-Chipsatz in ausgewählte Module des kombinierten Produktportfolios zu integrieren. Simcom hat die im Geschäft enthaltenen Vermögenswerte für 52,5 Millionen US-Dollar an U-Blox verkauft. Das Schweizer Unternehmen erwartet, die Übernahme Ende März abzuschließen und die 150 Mitarbeiter zu integrieren.
Bild: Simcom
U-Blox übernimmt Modem-Module von Simcom
U-Blox plant einen Asset‑Deal für Mobilfunk-Modem-Module mit Simcom Technology. Im Bild ist der Hauptsitz vom Simcom in Shanghai zu sehen.
infoDIREKT 104ae0117 www.all-electronics.de
Innovation
Design
Technology
Helfen Sie Ihren Designprojekten auf die Sprünge! Holen Sie sich Ihr kostenloses Demo Board auf der embedded world! Besuchen Sie Avnet Silica und Maxim Integrated auf der embedded world 2017 und finden Sie heraus, wie Maxim Ihre Design-Innovationen beflügeln kann. Wir zeigen unter anderem Sicherheitslösungen für Embedded-Systeme und Sensorknoten sowie hochinteressante neue Wearable-Technologien. Zusätzlich sehen Sie eine große Vielfalt an Angeboten für Industrieschnittstellen und Stromversorgungen, wie beispielsweise einen vollständig isolierten 10-bit Analog-Digital-Wandler sowie einen High-SideSchalter mit einstellbarer Strombegrenzung und Sicherheits-Entmagnetisierung bei einer um 50% geringeren Verlustleistung. Klingt spannend? Dann besuchen Sie uns auf unserem Stand und holen Sie sich eines von 400 kostenlosen Demo Boards. Einfach auf www.avnet-silica.com/maxim anmelden, den Gutschein ausdrucken und mitbringen.
www.avnet-silica.com
Besuchen Sie Maxim Integrated auf der embedded world 2017: 14. – 16. März 2017 Halle 1, Stand 370
Märkte + Technologien
Zu 100 Prozent komplementär, keine Überschneidungen
Keysight will Ixia für 1,6 Milliarden US-Dollar erwerben Die Positionierung der Keysight Technologies, der 2015 zugekauften Anite und der Ixia innerhalb des 7-Schichten-Modells.
Bei der 1997 von Errol Ginsberg gegründeten Ixia sind aktuell über 1800 Mitarbeiter beschäftigt, davon 45 Prozent in Forschung und Entwicklung und davon wiederum mit 90 Prozent der größte Teil Software-Entwickler. Der Umsatz bewegt sich im Geschäftsjahr etwa etwa 517 Million Dollar. Der heutige Aufsichtsratsvorsitzende Errol Ginsberg hält zusammen mit der Katelia Capital Group rund 23 Prozent der Ixia-Anteile. Gemeinsam werden sie für den Kauf stimmen.
Bild: Keysight Technologies
Die beiden kalifornischen Unternehmen Keysight Technologies, Santa Rosa, und Ixia, Calabasas, haben sich darauf geeinigt, das Keysight Ixia in einer All-CashTransaktion in Höhe von insgesamt rund 1,6 Milliarden Dollar erwerben kann. Die Vorstände beider Gesellschaften haben die Transaktion einstimmig genehmigt. Sie soll voraussichtlich bis Ende Oktober 2017 abgeschlossen sein und unterliegt noch den üblichen Abschlussbedingungen und kartellrechtlichen Zulassungen. Im Rahmen der Vereinbarung erhalten die Ixia-Aktionäre 19,65 Dollar je Aktie in bar. „Die geplante Übernahme von Ixia steht in direktem Zusammenhang mit unserer Strategie, Keysight auf Wachstum auszurichten und ist zu 100 Prozent komple-
mentär zu unserem Geschäft“, sagte Ron Nersesian, President und CEO von Keysight. Ixia verfügt über ein breites IPPortfolio, das Netzwerkkommunikation, Sichtbarkeit, Anwendungs- und Sicherheitstechnologien umfasst. Die Ixia-IP umfasst umfangreiche Netzwerk- und
Wireless-Protokolle, die die Position von Keysight in der drahtlosen Kommunikation erweitern und OSI/ISO Layer 1 bis 7 End-toEnd-Lösungen ermöglicht, die schnell wachsende Segmente des 5G-Kommunikationsdesigns und des Test-Ökosystems adressieren.
infoDIREKT 556ei0217
EMVG für Hersteller, Importeure und Händler
Fraunhofer präsentiert Nano-MEMS-Biegeaktoren
Der Fachverband Bauelemente Distribution e.V. (FBDi) weist darauf hin, dass neue Handlungsvorschriften für alle in Deutschland tätigen Hersteller, Importeure und Händler seit 22.12.2016 in Kraft getreten sind. Das Elektromagnetische-Verträglichkeit-Gesetz (EMVG) setzt die ebenfalls neu gefasste Richtlinie 2014/30/EU über die elektromagnetische Verträglichkeit in deutsches Recht um. Seit 22.12.2016 ist das Elektromagnetische-Verträglichkeit-Gesetz (EMVG) für alle in Deutschland tätigen Hersteller, Importeure und Händler in Kraft. Das EMVG wurde am 14. Dezember 2016 neu gefasst und setzt die ebenfalls neu gefasste Richtlinie 2014/30/EU über die elektromagnetische Verträglichkeit in deutsches Recht um. Der Fachverband Bauelemente Distribution e.V. (FBDi) deutet darauf hin, dass Importeure und Händler gegebenenfalls die Prüfung der EMV-Anforderungen ausführen müssen, sofern die Hersteller dies nicht schon getan haben. Zudem sind sie verpflichtet der Bundesnetzagentur Auskunft zu geben. Das EMVG regelt die grundlegenden Anforderungen an die elektromagnetische Verträglichkeit von Geräten und ortsfeste Anlagen sowie die Pflichten der Wirtschaftsakteure. Ferner werden die Instrumente und Verfahren der Marktüberwachung und Störungsbear-
Das Fraunhofer-Institut für Photonische Mikrosysteme IPMS entwickelte eine neue Klasse elektrostatisch angetriebener MEMS-Mikroaktoren. Die NED-Aktoren (nanoskopische elektrostatische Aktoren) ermöglichen große vertikale oder laterale Auslenkungen bei geringem Energieverbrauch und niedriger elektrischer Antriebsspannung. MEMS kommen als technologische Grundlage in vielen Anwendungen der Optik, Mess- und Medizintechnik, Biotechnologie und Kommunikationstechnik zum Einsatz. Häufig werden elektrostatische Felder zum Antrieb der Aktoren verwendet. Die am Fraunhofer IPMS entwickelten NED-Aktoren ermöglichen es, den für die Erzeugung der elektrostatischen Kräfte benötigten Elektrodenabstand auf wenige Hundert Nanometer zu reduzieren. Dennoch erreichen die Aktoren Auslenkungen von über 100 Mikrometern. „Große Auslenkungen sind normalerweise nur mit größeren Elektrodenabständen und demnach mit sehr hohen Antriebsspannungen möglich“, erläutert Prof. Harald Schenk, Direktor des Fraunhofer IPMS und Leiter des Forschungsteams. „Bei NED-Aktoren werden elektrostatische Kräfte allerdings in laterale Kräfte umgeleitet. Diese transformierten lateralen Kräfte bewirken innerhalb eines Biegebalkens eine quasi-statische
10
elektronik industrie 02/2017
Der FBDi informiert, dass das Elektromagnetische-Verträglichkeit-Gesetz (EMVG) seit 22. Dezember 2016 in Kraft getreten ist.
beitung durch die Bundesnetzagentur geregelt und an das Gesetz über die Bereitstellung von Produkten auf dem Markt (ProdSG) angeglichen. Im Rahmen dieser Tätigkeiten ist die Bundesnetzagentur befugt, in Verkehr zu bringende oder in Verkehr gebrachte Geräte auf Einhaltung der grundlegenden Anforderungen zu prüfen und bei Nichteinhaltung geeignete Maßnahmen zu veranlassen Gemäß § 17 Absatz 1 des derzeit noch gültigen EMVG erhebt die Bundesnetzagentur Gebühren und Auslagen für Amtshandlungen für die Marktüberwachung und Störungsbearbeitung gegenüber denjenigen, der Geräte in der Bundesrepublik Deutschland auf dem Markt der Europäischen Union bereitgestellt hat, wenn ein Verstoß gegen die grundlegenden Anforderungen festgestellt wurde.
infoDIREKT 703ei0217
Bild: Fraunhofer IPMS
NED-Mikroaktoren
Bild: FBDi
Neue Handlungsvorschriften
Prototyp einer Mikropumpe auf Basis von NED-Aktoren. Trotz eines Elektrodenabstands von wenigen Hundert Nanometern können Auslenkungen von über 100 Mikrometern erreicht werden.
Auslenkung, die wesentlich größer sein kann, als der Elektrodenabstand. Unsere Aktoren kommen so bei höherer Leistungsfähigkeit mit weitaus weniger Energie aus.“ Das Forschungsteam arbeitet derzeit an Designs für Positionierantriebe für miniaturisierte optische Zoomlinsensysteme, Mikropumpen, Mikroventile oder kleinste Lautsprecher für Hörgeräte und Hearables, in denen die NED-Aktoren zum Einsatz kommen. Die Technologie hat Potenzial für die Volumenproduktion, da NED-Aktoren mit herkömmlichen MEMS-Herstellungsverfahren der Oberflächen- und Volumenmikromechanik gefertigt werden. Daher können sie unkompliziert in Halbleiterbauelemente und CMOS-Schaltkreise integriert werden.
infoDIREKT 807ei0217 www.all-electronics.de
Märkte + Technologien
Der weltweite Halbleitermarkt stagnierte im Jahr 2016
WSTS prognostiziert für 2017 ein Halbleiterwachstum
Bild: WSTS
Herbst 2016 Amerika Europa Japan Asia Pacific Weltweit in Mio. US-$ Diskrete Halbleiter Optoelektronik Sensoren Integrierte Schaltung Analog Mikro Logik Speicher Summe Produkte in Mio US-$
Angaben in Mio-U$ 2015 68,783 34,258 31,102 201,070 335,168 18,612 33,256 8,816 274,484 45,298 61,298 90,753 77, 205 335, 168
2016 64,237 32,586 32,105 206,025 334,953 19,399 32,059 10,810 272,685 47,379 62,719 88,286 74,301 334,953
Die WSTS (World Semiconductor Trade Statistics) hat im November 2016 eine Marktprognose für den weltweiten Halbleiterumsatz für die kommenden Jahre gewagt. Danach wird wohl
2017 67,237 33,352 32,870 212,641 346, 100 19,952 32,976 11,746 281,426 49,703 63,440 90,699 77,585 346,100
Jährliches Wachstum in % 2018 69,001 34,093 33,446 217,436 353,977 20,603 32,513 12,341 288,519 51,378 64,754 92,379 80,007 353,977
2015 -0.8 -8.5 -10.7 3,5 -0,2 -7,7 11,3 3,7 -1,0 1,9 -1,2 -1,0 -2,6 -0,2
2016 -6,5 -4,9 3,2 2,5 -0,1 4,2 -3,6 22,6 -0,7 4,8 2,3 -2,7 -3,8 -0,1
2017 4,7 2,3 2,4 3,2 3,3 2,9 2,9 8,7 3,2 4,9 1,2 2,7 4,4 3,3
2018 2,6 2,2 1,8 2,3 2,3 3,3 -1,4 5,1 2,5 3,4 2,1 1,9 3,1 2,3
der weltweite Halbleitermarkt im Jahr 2016 stabil auf 335 Milliarden US-$ verharren. Für dieses Jahr und auch 2018 soll es aber zu Wachstum kommen. Im vergangenen Jahr 2016 wuchsen
Der weltweite Halbleiter für die Jahre 2016 bis 2018 laut WSTS.
diskrete Halbleiter 4,2 %, Sensoren 22,6 %, Analog 4,8 % und Mikroprozessoren um 2,3 %. Dem gegenüber standen Umsatzrückgänge in der Optoelektronik mit -3,6 %, bei Speichern mit -3,8 % und Logik -2,7 %. Geografisch betrachtet werden Rückgänge in Amerika und Europa erwartet sowie ein leichter Anstieg in Japan sowie dem Asien-Pazifik-Raum. In den Jahren 2017 und 2018 sollen alle Hauptproduktkategorien und Regionen auf 354 Milliarden US-$ im Jahr 2018 wachsen. Konkret sieht WSTS ein Wachstum von 3 % in diesem Jahr und 2 % im nächsten Jahr.
infoDIREKT
561ei0217
Internationalisierung des Geschäftsbereichs
Josef Fromberger leitet TQ-Embedded Langlebigkeit des Moduls bedeutend für den Kunden seien, aber auch ein „guter Draht“ zwischen Kunde und Modullieferant sei wichtig. Als Leiter des Geschäftsbereichs TQ-Embedded soll Fromberger die Geschäfte auf die internationalen Märkte ausrichten und dort den Vertrieb weiter forcieren. Fromberger kann dafür auf die bereits bestehenden Produktbereiche auf Basis von ARM und Power-Architecture zurückgreifen. Zudem
Josef Fromberger ist seit 1. Januar 2017 Leiter des Geschäftsbereichs TQ-Embedded.
soll aber auch die neue Strategie von TQ im x86-Bereich intensiviert werden. Dafür sollen auch Partnerschaften von Partnern wie Intel vertieft werden. Bild: TQ-Systems
Seit dem 1. Januar 2017 leitet Josef Fromberger die Geschäfte der Sparte TQ-Embedded der TQ-Systems GmbH. Er soll den Geschäftsbereich auf internationale Märkte ausrichten und den Vertrieb weiter vorantreiben. Zuletzt war Josef Fromberger als Vice President Standard Products bei Kontron tätig. Zum Antritt seiner neuen Tätigkeit als Leiter des Geschäftsbereich TQ-Embedded betonte Fromberger, das vor allem die Faktoren Zuverlässigkeit, Qualität und
IRISO rüstet Sie für die Anforderungen von morgen. Iriso Electronics ist ein international führender Hersteller von toleranzausgleichenden Board-to-Board-Stecksystemen. Mit über 4000 Mitarbeitern weltweit entwickeln und produzieren wir seit 1966 ein umfangreiches Steckverbinder-Sortiment. Wann lernen wir uns kennen? Board to Board · FPC/FFC · Interface I/O · LED · Socket · Pin Header · Optical Fiber Compression · ESD Protective Device · Small Terminal (Compression Terminal)
IRISO ELECTRONICS EUROPE GMBH Zettachring 10 · D-70567 Stuttgart · Tel.: +49 (0) 7 11 - 45 10 49 -0 ·
[email protected] · www.iriso.de
infoDIREKT
914ei0117
Märkte + Technologien
Marktanalyse Akkus Unterhaltungselektronik, Industrie, Verteidigung und Hybrid-Fahrzeuge verlangen nach leistungsstarken, langlebigen Akkus und lassen die Nachfrage am Markt stark ansteigen. Accutronics hat analysiert, wer den weltweiten Akkumarkt beherrscht beziehungsweise kontrolliert und in welche Richtung er sich entwickelt. Im Jahr 2013 hat das Marktforschungsunternehmen Avicenne Energy den Wert des weltweiten Akkumarkts mit 54 Milliarden US-Dollar beziffert. Bis zum Jahr 2025 ist mit einem jährlichen Wachstum von 10 Prozent zu erwarten, sodass die Marke von 100 Milliarden US-Dollar überschritten wird. Der Markt lässt sich in primäre Einwegbatterien, die unter anderem in Schrittmachern, Armbanduhren und Fernbedienungen zum Einsatz kommen, und sekundäre wiederaufladbare Akkus einteilen. Laut den französischen Batterieforschern am LRCS sind 90 Prozent aller verkauften Akkus Einwegbatterien, die jedoch nur 37 Prozent des Gesamtwerts des Marktes ausmachen. Wiederaufladbare Akkus für tragbare Unterhaltungselektronik, den Automotivebereich, industrielle und medizinische Anwendungen beherrschen mit 63 Prozent Anteil den Akkumarkt. Derzeit sind Bleiakkus am weitesten verbreitet, aber mit der steigenden Nachfrage nach Energiespeichern mit hoher Entladeleistung investieren Unternehmen zunehmend in die Lithiumionen-Technologie. Der globale Akkumarkt wird trotz hunderter Batteriehersteller von vier Nati-
onen beherrscht: Südkorea mit Samsung SDI und LG Chem, Japan mit Panasonic, Sony, TDK, Hitachi, NEC, Toshiba, GS Yuasa und Mitsubishi Electric, China mit BYD und die USA mit A123 und Ultralife. Panasonic, Samsung SDI und LG Chem dominieren mit ihren Lithiumionen-Akkus die Märkte für tragbare Unterhaltungselektronik und Hybrid-Elektrofahrzeuge. Diese oligopol-ähnliche Marktstruktur sieht Accutronics als problematisch, besonders hinsichtlich des wachsenden Medizintechnikmarkts, wo Akkus in vielen kritischen Anwendungen eingesetzt werden. Wenige, multinationale Unternehmen beherrschen Design, Entwicklung und Herstellung von Akkus. Dies ist riskant für OEMs, wenn die Hersteller strategische Änderungen an den Akkuzellen vornehmen. Produktentwicklungszyklen im Verbrauchersektor betragen gewöhnlich sechs bis zwölf Monate, während die Lebensdauer von Medizinprodukten mindestens zehn Jahre betragen muss. Die größten Umsätze machen Akkuhersteller jedoch auf dem Verbrauchermarkt. Daher können Änderungen hinsichtlich Technologie, Größe, Energiedichte und Verfügbarkeit von Akkuzellen die Möglichkeiten von Akku-OEMs einschränken. Laut Accutronics kam es in der Vergangenheit mehrfach zu Lieferfluktuationen bei Zellen für medizinische Geräte. Daher sehen Unternehmen wie Accutronics in ihren Akkudesigns Redundanzen vor, damit Zellen verändert werden können, ohne dass sich dies auf Form,
Bild: Accutronics
Akkumarkt: Analyse, Trends und Designtipps
Der Akkumarkt wirft im Verbrauchersektor die meisten Gewinne ab und wird von vier Nationen dominiert. Accutronics betrachtet dies vor allem für OEMs von langlebigen Medizinprodukten als problematisch.
Größe und Spezifikation des fertigen Akkus auswirkt. Accutronics rechnet damit, dass sich der Akkumarkt in den nächsten zehn Jahren grundlegend verändern wird und empfiehlt OEMs daher, Akkus frühzeitig in ihren Designprozess einzubeziehen und Wert auf nachhaltige Beschaffung und Konstruktion zu legen.
infoDIREKT 810ei0217
Kapital dringend benötigt
Mega-Deal
Toshiba bereitet Verkauf des Halbleiter-Kerngeschäfts vor
NXP-Aktionäre machen Weg für Übernahme durch Qualcomm frei
Bild: Josef Thiel, own work, CC BY-SA 3.0
Toshiba bereitet den Börsengang und Verkauf von 20 bis 30 Prozent seiner Halbleitersparte vor. Das Unternehmen benötigt nach Verlusten aus dem Kernenergiegeschäft dringend Kapital.
12
elektronik industrie 02/2017
tigt das Unternehmen dringend Kapital. Toshiba bewertet die Halbleitersparte mit etwa acht bis zwölf Milliarden US-Dollar. Die Auswahl eines Käufers soll bis Ende März erfolgen. Interesse am Kauf sollen bereits Canon, Western Digital, Tokyo Electron und verschiedene andere Beiteiligungsunternehmen bekundet haben. Derzeit verfügt Toshiba über drei Milliarden US-Dollar Eigenkapital, hat jedoch Verpflichtungen von vier bis sieben Milliarden US-Dollar aus dem Kernenergiegeschäft in den USA. Toshibas Problem ist, dass potenziellen Käufern bekannt sein dürfte, wie dringend das Unternehmen Kapital benötigt. Es wird erwartet, dass Toshiba den Anteil am Chipsektor für weniger als zwei Milliarden US-Dollar verkauft, um zum Ende des Geschäftsjahres im März einen Gewinn von 1,3 Milliarden US-Dollar aufweisen zu können.
infoDIREKT 811ei0217
Halbleiterhersteller NXP: Die Aktionäre stimmten nun der Übernahme durch Qualcomm zu.
Bild: NXP
Toshiba hat Goldman Sachs damit beauftragt, beim Verkauf von 20 bis 30 Prozent seines Halbleitergeschäfts behilflich zu sein. Nach einem Finanzskandal in 2015 benö-
Eine Millardenfusion in der Chipbranche rückt ein Stück näher, denn die Aktionäre des niederländischen Halbleiterherstellers NXP bewilligten Ende Januar ein Übernahmeangebot des US-Herstellers Qualcomm. Alle noch zurückgehaltenen Firmenanteile können nun übernommen werden. Insgesamt ist die Übernahme, der die NXP-Aktionäre nun auf einer außerordentlichen Versammlung am 27. Januar zustimmten, von NXP durch Qualcomm 47 Milliarden US-Dollar wert. Dieses Volumen ergibt sich daraus, dass der
US-Konzern dem niederländischen Halbleiterhersteller je Aktie 110 Dollar zahlen wird. Es ist vorgesehen, die bereits seit Oktober 2016 geplante Akquise bis Jahresende 2017 abzuschließen. Nach Angaben des Analysehauses IHS ist Qualcomm in Sachen Umsatz weltweit die Nummer drei, NXP belegt den siebten Platz. Der Merger reiht sich ein in eine Übernahmewelle in der Halbleiterbranche, die den harten Marktbedingungen in diesem Umfeld geschuldet ist.
infoDIREKT 107ae0117 www.all-electronics.de
Märkte + Technologien
Für industrienahe Anwendungen
Nach dem geplatzten Verkauf nach China
Aixtron-CEO steigt aus
2 1
[1] Das neue Raspberry Pi 3 Compute-Module von RS Components passt in einen Standard-DDR2 SODIMM-Sockel.
Der Distributor RS Components hat eine Version des Raspberry Pi Compute Module vorgestellt, das auf der Raspberry Pi 3-Architektur basiert. Das CM3 genannte Modul passt in einen Standard DDR2-SODIMM-Sockel und bietet die gleichen Grundfunktionen wie das Raspberry Pi 3. Es enthält einen 64-Bit-Broadcom BCM2837-Prozessor, in den ein mit bis zu 1,2 GHz getakteten ARM Cortex-A53 Quadcore integriert ist, sowie 1 GByte LPDDR2-RAM. Das Modul bietet einen 4 GByte On-BoardeMMC-Flash und behält ein zum ursprünglichen Compute-Module (CM1) identisches Pin-out. Das CM3 nimmt etwa 4 W Leistung auf. Zusätzlich ist beim Distributor das ebenfalls neue low-cost Raspberry Pi 3 Compute-Module Lite (CM3L) erhältlich. Das Board-Modul verfügt zwar über den BCM2837-Anwendungsprozessor und 1 GByte RAM, hat aber keinen On-BoardFlash-Speicher. Entwickler können stattdessen auf ihrer anwendungsspezifischen Basisplatine ein eMMC-Device oder einen SD-Kartensockel vorsehen. Das Compute-Module gibt es auch als Teil eines Entwicklungskits, das ein Compute-Module und ein IOBoard enthält. Die Open-SourceEntwicklungsplatine bringt alle IOVerbindungen des CM1, CM3 oder CM3L auf Pin-Header und FlexiSteckverbinder zusammen und ermöglicht dem Entwickler OnBoard-eMMC-Flash über USB zu programmieren. Das Kit dient als Prototyping-Plattform. Die Module werden weiterhin im Vereinigten Königreich hergestellt. Es stehen jedoch bei sehr großer Nachfrage genügend Produktionskapazitäten in Japan zur Verfügung.
nts
one
er: Bild
omp RS C
[2] Das Raspberry Pi 3 CM3 ist für die Integration in industrielle Anwendungen konzipiert und supportet unter anderem Windows 10.
Martin Goetzeler, der amtierende Vorstandsvorsitzende der Aixtron SE, wird das Unternehmen mit Ablauf seiner Bestellung zum 28. Februar 2017 verlassen. Das ehemalige Vorstandsmitglied von Aixtron und derzeitige Aufsichtsratsvorsitzende Kim Schindelhauer übernimmt interimsmäßig Goetzelers Aufgaben als CEO und CFO zum 1. März 2017 bis ein Nachfolger gefunden ist. Die eingeschlagene Strategie wird unverändert fortgeführt. Professor Dr. Wolfgang Blätt-
Vorstandsvorsitzender Martin Goetzeler verlässt die Aixtron SE. Bild: Aixtron
Raspberry Pi 3 Compute-Modul
chen, bisher stellvertretender Aufsichtsratsvorsitzender, übernimmt für die Dauer der Vorstandstätigkeit von Kim Schindelhauer den Vorsitz im Aufsichtsrat.
infoDIREKT 560ei0217
Echtzeit-Ethernet und OPC UA kombiniert in einem Modul
netIC IOT
Vom Feld direkt in die Cloud! 10mm flaches DIL-32 Kommunikations-IC für den erweiterten Temperaturbereich Kombiniert performantes Echtzeit-Ethernet mit OPC UA Server und MQTT Client Anbindung an den Host Prozessor via 50MHz schneller SPI Schnittstelle Protokollunabhängige Objekt-Schnittstelle zur Host Anwendung Automatische Generierung der Gerätebeschreibungsdatei sowie des Quellcodes zur Anbindung an die Applikation
infoDIREKT 700ejl0117 www.all-electronics.de
Besuchen Sie uns auf der embedded world 2017: Halle 1, Stand 1-454 und auf dem Automatisierungstreff 2017 in der Kongresshalle Böblingen
www.netIOT.com
Quarze/Oszillatoren Coverstory
Bilder: WDI
Auschnitt aus dem Quarze- und Oszillatoren-Angebot von WDI.
Quarze und Oszillatoren Märkte, Trends und Technologien Der Markt für frequenzgebende Bauelemente (Quarze und Oszillatoren) war in 2016 geprägt von Anbieterkonsolidierung und Preisdruck sowie durch marktübergreifende Unsicherheiten wie etwa dem Brexit, den weltAutor: Christian Dunger weit zunehmend national-protektionistischen Tendenzen und der US-Wahl.
F
ür 2017 sind weitere Anbieterkonsolidierungen zu erwarten, deren Folgen zunehmend an Einfluss auf den weltweiten Anbieter- und Absatzmarkt gewinnen sollten. Der kontinuierliche Abwärtstrend bei den Stückpreisen hat für einige Hersteller mittlerweile ernsthafte Folgen. Aufgrund der teilweise sinkenden Nachfrage und gestiegener Fertigungskosten haben Hersteller in den vergangenen 12 Monaten in etlichen Fällen die Produktion bestimmter Oszillator- und Resonatortypen eingestellt. Das Gleiche gilt auch für einige Halbleiter, die in verschiedenen Oszillatortypen eingesetzt werden.
14
elektronik industrie 02/2017
Aller Wahrscheinlichkeit nach wird sich dieser Trend im Jahr 2017 fortsetzen. Über einen langen Zeitraum galt Kyocera als die einzige Bezugsquelle von Standard-Keramikgehäusen für Quarze und Oszillatoren – entsprechend groß war die Begeisterung in der Branche, als zwei neue Unternehmen in den Markt einstiegen. Infolge des anhaltenden Preisverfalls und des wachsenden Preisdrucks hält einer dieser Hersteller – NTK – die Produktion dieser Komponenten jedoch mittlerweile nicht mehr für wirtschaftlich rentabel und wird daher aus dem Markt aussteigen. Auch die steigenden Fertigungswww.all-electronics.de
Quarze/Oszillatoren Coverstory
Quarzoszillator mit CML-Ausgang von Mtron PTI.
kosten in China sowie Wechselkursschwankungen dürften im Laufe des Jahres zu Preiserhöhungen führen und gegebenenfalls weitere Anbieter zum Ausstieg aus dem Markt veranlassen. Ein derartiges Szenario ist außerdem ein guter Nährboden für Fälschungsaktivitäten. In 2017 wird daher für viele Unternehmen die Frage der Rückverfolgbarkeit noch wichtiger werden und die Anzahl der Komponenten, die einer noch genaueren Prüfung unterzogen werden, dürfte weiter steigen. Der Einsatz von Konformitätsbewertungssystemen, wie etwa dem JOSCAR-System (Joint Supply Chain Accreditation Register) für die Rüstungsindustrie, wird von Kunden zunehmend zur Vorbedingung für den Abschluss von Lieferverträgen gemacht werden. Diese Systeme bedeuten jedoch nicht unerhebliche zusätzliche Kosten für die Lieferanten. Daher ist es durchaus plausibel zu behaupten, dass entweder die Margen weiter erodieren werden oder die Preise steigen müssen. Bei der Rückverfolgbarkeit verlässt sich die Branche derzeit primär auf die sogenannten „Datecodes“ der Produkte. Damit wird jedoch nicht unbedingt die Produktionscharge identifiziert, sondern lediglich das letzte Testdatum im Hause des Herstellers. Überproduzierte Ware wird gelagert, erneut getestet und zum Zeitpunkt des Versands markiert. Die Produktionscharge, von der die Teile stammen, kann damit jedoch möglicherweise nicht eindeutig identifiziert werden. Überdies wird aufgrund der wachsenden Miniaturisierung die Anbringung der Markierungscodes aufgrund des Platzmangels zunehmend problematisch. Da zudem viele Teile als „Markenprodukt“ beziehungsweise sogenannte Private-Label-Produkte verkauft werden, ist es für den Kunden nicht immer einfach genau festzustellen, in welcher Fabrik oder Produktionsanlage die Teile tatsächlich hergestellt worden sind. Man darf gespannt sein, wie es den Lieferanten gelingt, dieses besondere, potenziell heikle Problem, in den Griff zu bekommen. Durch die wachsende Anzahl gesetzlicher Bestimmungen im Bereich RoHS und REACH entstehen zudem weitere Kosten in der Lieferkette. Neuesten Schätzungen zufolge sind der Elektronikbranche durch diese Umweltrechtsvorschriften bisher Kosten in Höhe von 35 Milliarden Dollar entstanden – wobei die Schätzungen variieren. Derzeit erfasst die REACH-Liste 169 Substanzen, mit diversen Anhängen zu den Rechtsvorschriften. Für 2017 ist eine Prüfung der gegenwärtigen Bestimmungen geplant, die zweifellos zu weiteren Anforderungen im Bereich www.all-electronics.de
Konformität führen wird – und damit weitere Kostensteigerungen auf der Produktionsseite zu erwarten sind.
Technologie der Quarze und Oszillatoren Was die Technologie im Bereich Quarze und Oszillatoren selbst betrifft, so dürfte sich der Trend zu Lösungen mit noch weniger Phasenrauschen, höheren Frequenzen und niedrigerer Betriebsspannung sowie weiterer Miniaturisierung fortsetzen. Auch die Hersteller von Halbleitern arbeiten mit Hochdruck an der Entwicklung neuer, immer komplexerer und kleinerer Chipsätze. Beim Blick auf den Markt für Quarze im Jahr 2017 deuten die erhobenen Daten darauf hin, dass mit einem sinkenden Bedarf an einzelnen Quarzen zugunsten von fertigen Quarzoszillatoren in immer k lei ner werdenden SM D-Kera m i kgehäu sen gerechnet werden kann, auf die in naher Zukunft etwa 60 bis 70 Prozent der Gesamtproduktion entfallen dürfte. Auch wird die weit verbreitete CMOS-Logik zunehmend durch neue Techniken wie HCSL- und CMLLogik ersetzt werden. Da heutige Systeme immer größere Datenmengen verarbeiten müssen, sind deutlich höhere Datenübertragungsgeschwindigkeiten erforderlich. Dafür werden wiederum höhere Frequenzen und kürzere Transitions-Zeiten benötigt. In Verbindung mit den höheren Geschwindigkeiten werden auch die Anforderungen an die Phasenrausch- und Jitter-Leistung immer weiter steigen. In allen modernen Datenübertragungssystemen spielt die Datenintegrität eine zentrale Rolle, da sie durch Phasenrauschen und Jitter erheblich beeinträchtigt werden kann. Traditionell ließ sich dieses Leistungsmerkmal am besten durch die Verwendung von Schwingquarzen im Grundton mit hoher Frequenz verbessern – doch den verfügbaren Frequenzen und der damit erzielten Performance sind Grenzen gesetzt. Auch sind die Entwickler von Oszillatoren durch die
Eck-Daten Bei Quarzen und Oszillatoren dürfte sich der Trend zu Lösungen mit noch weniger Phasenrauschen, höheren Frequenzen und niedrigerer Betriebsspannung sowie weiterer Miniaturisierung fortsetzen. Mittlerweile gibt es Oszillatoren, die bis 260 °C einsetzbar sind. Für dieses Jahr kann mit einer weiteren Erhöhung der möglichen Betriebstemperaturen gerechnet werden. Den Prognosen der Hersteller zufolge wird der Einsatz der MEMS-Technik weiter steigen, es gilt jedoch als unwahrscheinlich, dass sie die gegenwärtig führende Quarztechnologie in der näheren Zukunft ersetzen wird.
elektronik industrie 02/2017
15
Quarze/Oszillatoren Coverstory
MEMS-Oszillatoren von Microchip (ehemals Discera).
derzeit am Markt verfügbaren Halbleiter in gewisser Weise eingeschränkt. Gemeinsam mit den Halbleiterherstellern arbeitet die Branche jedoch kontinuierlich an der Entwicklung neuer Produkte. Für 2017 kann daher mit einem wachsenden Angebot an Oszillatoren gerechnet werden, die in dieser Hinsicht eine bessere Performance aufweisen, was wiederum die Entwicklung schnellerer, besserer Datenübertragungssysteme fördern dürfte.
Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen Ein weiterer Bereich der Oszillatorentwicklung, welcher zunehmend an Bedeutung gewinnt, ist der Betrieb bei hohen Umgebungstemperaturen. Während die meisten Oszillatorhersteller bisher Produkte liefern konnten die bis 150 °C funktionieren, war ein Betrieb bei 200 °C vor geraumer Zeit noch undenkbar. Mittlerweile gibt es jedoch für Bohrungen unter Tage entwickelte Oszillatoren, die bis 260 °C einsetzbar sind. Für 2017 kann mit einer weiteren Erhöhung der möglichen Betriebstemperaturen gerechnet werden. Die Herausforderung für derartige Leistungseigenschaften liegt nicht im Bereich des verwendeten Quarzes, sondern bei den verwendeten Substraten, den Gehäusen und Montagesystemen, die für hohe Ausdehnungskoeffizienten ausgelegt sein müssen. Da beispielsweise in der Ölindustrie Bohrungen in immer größeren Tiefen durchgeführt werden, müssen die Bohrmeißel und die zugehörige Elektronik bei immer höheren Temperaturen funktionieren – ein Faktor, der die Entwicklung in diesem Sektor stark vorantreibt.
MEMS-Oszillatoren An dieser Stelle sollten auch die MEMS-Oszillatoren erwähnt werden. Ehemals Discera ist heute im Besitz der Microchip Technology Inc. und der einzig weite-
16
elektronik industrie 02/2017
re Hersteller Si Time Corportion kooperiert mit diversen Akteuren am Markt – sei es in der Distribution oder auch im Bereich der sogenannte Private-LabelAnbieter, welche die Si-Time-Produkte unter eigener Bezeichnung und eigenem Markenamen vertreiben – um weitere Geschäftsanteile zu sichern beziehungsweise neue Anwendungssegmente zu akquirieren. MEMS-Oszillatoren werden als programmierte Oszillator-Module angeboten. Anders als bei Quarzprodukten besteht hier jedoch immer noch das Problem, dass lediglich zwei Hersteller am Markt existieren. Durch den von Microchip und Si Time verfolgten Vermarktungsansatz werden die Produkte jedoch über Distributoren zunehmend besser verfügbar. Es ist jedoch gerade auch aus kommerzieller Perspektive zu erwähnen, dass es sich bei den meisten der angebotenen MEMS-Oszillatoren um sogenannte SoleSource-Produkte handelt und es keine echten Ersatztypen gleicher Technologie gibt. Man ist also als Anwender auf den einen Hersteller im Hintergrund angewiesen. Was dies im Zweifel bedeutet, braucht hier nicht erläutert zu werden.
MEMS-Oszillatoren mechanisch belastbarer MEMS-Oszillatoren bieten hinsichtlich der mechanischen Belastbarkeit Vorteile gegenüber Quarzbauteilen, allerdings sind hier auch Aspekte der Alterungseigenschaften sowie Langzeitstabilität zu berücksichtigen, welche mangels vorhandener Erfahrungen im Bereich des Unbekannten liegen. Verglichen mit Quarzanwendungen liegen für MEMS-Produkte derzeit noch nicht so viele Langzeit-Leistungsdaten vor, die erst im Laufe der Zeit erhoben werden können. Den Prognosen der Hersteller zufolge wird der Einsatz der MEMS-Technik im Jahr 2017 weiter steigen, es gilt jedoch als unwahrscheinlich, dass sie die gegenwärtig führende Quarztechnologie in der näheren Zukunft ersetzen wird. Grundsätzlich lässt sich für den Markt der frequenzgebenden Bauelemente voraussagen, dass die Performance und Leistungsfähigkeit der Komponenten bei gleichzeitiger zunehmender Miniaturisierung steigen wird. Der wachsende Preisdruck auf die Hersteller und Anbieter wird zu weiteren Konsolidierungen führen – dies bedeutet nicht nur potenzielle Zusammenschlüsse und Übernahmen, sondern auch die Möglichkeit des vollständigen Exits von Anbietern durch Geschäftsaufgabe oder Insolvenz. (jj) n
Autor Christian Dunger Vorstandsvorsitzender der WDI AG.
infoDIREKT 500ei0217 www.all-electronics.de
Veranstalter: untitled exhibitions gmbh
[email protected] Tel.: +49 711 217267 17
Bild: Fotolia_Subscription
Quarze/Oszillatoren
Taktgeber auf MEMS-Basis Präzise, widerstandsfähige Silizium-MEMS-Oszillatoren Quarz-Oszillatoren werden seit über 75 Jahren in der Elektronikindustrie für Anwendungen eingesetzt, die präzise Frequenzen (ppm) benötigen. Aufgrund der Schwächen von Quarz und der höheren Wirtschaftlichkeit und Möglichkeit der Massenproduktion in der Siliziumtechnologie werden Quarz-OszillaAutoren: Jim Holbrook, Markus Lutz toren immer mehr durch Silizium-MEMS-Taktgeber verdrängt.
D
er erste MEMS-basierte Oszillator kam im Jahr 2006 auf den Markt und zeigte hohe Erschütterungs- und Vibrationsfestigkeit. Effekte wie plötzliche Frequenzsprünge bei bestimmten Temperaturen (Activity-Dips und Mikrosprünge) treten bei SiliziumMEMS-Oszillatoren nicht auf. Seit dieser ersten Version eines MEMS-Oszillators wurde die Technologie durch Verbesserung des mikromechanischen Resonators, der Temperaturkompensation und des
18
elektronik industrie 02/2017
Phasenregelkreises (PLL) zur Erzielung eines niedrigeren Jitter und geringen Phasenrauschens deutlich weiterentwickelt. Aktuelle Silizium-MEMS-Taktgeber vereinen geringes Phasenrauschen, niedrigen Jitter mit einer hohen Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einflüsse wie Stöße, Erschütterungen, Vibrationen, Luftströme und schnelle Temperaturwechsel. Diese Leistungsmerkmale ermöglichen die Entwicklung zuverlässiger und leistungsfähiger Produkte für Applikationen
in den Bereichen Telekommunikation, Netzwerktechnik, Speicher, Server sowie Industrie-, Automobil-, Militär- und Luftund Raumfahrtanwendungen.
MEMS-Zuverlässigkeit Beim MEMS-Resonatordesign besteht vollständige Kontrolle über die Form und Konstruktion des Resonators und somit über alle Resonanzmoden. MEMS-Oszillatoren sind frei von Störmodi, weshalb keine durch den Resonator hervorgerufewww.all-electronics.de
Design-In-Expertise And Service Operational & Instrumentation Amplifiers Ultra low power & high speed comperators Low-cost precision supervisors Very accurate LDO regulators
Hybrid PWM Controller
Analog Digital nen Activity-Dips auftreten. Der Resonator besteht aus einer einzelnen mechanischen Struktur aus einkristallinem Silizium. Die Bruchfestigkeit der Siliziumstruktur beträgt 7 GPa und ist damit etwa 14 Mal höher als die von Titan. Während der Oszillation bewegt sich der Resonator um weniger als ein Prozent des Abstands zwi-
Eck-DATEN Silizium-MEMS-Oszillatoren besitzen eine hohe Erschütterungs- und Vibrationsfestigkeit. Temperaturbedingte Frequenzsprünge wie sie Quarz-Oszillatoren zeigen, treten bei MEMS-Taktgebern nicht auf. Durch diese Vorteile und die Möglichkeit der Massenproduktion in der Siliziumtechnologie werden Quarze immer mehr durch Silizium-MEMSOszillatoren verdrängt. Die MEMS-Bauelemente lassen sich durch ihre geringe Temperaturempfindlichkeit in unmittelbarer Nähe von Prozessoren oder SoCs einsetzen, deren Temperaturtransienten bei quarzbasiserten Oszillatoren zu starken Frequenzverschiebungen führen würden.
www.all-electronics.de
schen den Seitenwänden des Aufbaus. Damit der Resonator die Seitenwände berührt, wäre eine Beschleunigungskraft von über einer Million g erforderlich. Während der MEMS-Herstellung wird der Resonator mit einem Epi-Seal-Prozess gereinigt und hermetisch versiegelt, um Alterungserscheinungen zu verhindern. Dieser Prozess ist die Grundlage der hohen Zuverlässigkeit von MEMS-Oszillatoren.
Vibrationsfestigkeit MEMS-basierte Oszillatoren sind widerstandsfähiger gegen eine Reihe von äußeren Einflüssen wie Stöße, Erschütterungen und Vibrationen. Sie besitzen eine 1000bis 3000-fach geringere Masse als QuarzResonatoren. Dadurch wirkt bei Erschütterungen oder Vibrationen eine geringere Beschleunigungskraft auf den Siliziumresonator als bei Quarz, was zu geringeren Frequenzverschiebungen führt. Konstruktion und Größe von MEMS-Resonatoren im Vergleich zu Quarz-Resonatoren
HV inductorless switching & linear regulators Power Modules & Switches Thermal Management ICs High voltage interface products Guaranteed production lifespan – no parts are discountiuned
Weitere Informationen finden Sie auf: www.ineltek.com oder senden Sie uns eine E-Mail:
[email protected] INELTEK GmbH Hauptstrasse 45 · 89522 Heidenheim Phone +49 7321 9385 0 · Fax +49 7321 9385 95
[email protected] · www.ineltek.com
Quarze/Oszillatoren
geringeres Phasenrauschen. Dies ist von Vorteil für Systeme, die Belastungen in diesem Frequenzbereich ausgesetzt sind, beispielsweise bei Kommunikationssystemen in der Nähe von Zuglinien, U-BahnStationen und Flughäfen.
Bilder: Sitime
Temperaturempfindlichkeit
1 Bild 1: Vergleich von Quarz- und Silizium-MEMS-Oszillatorstrukturen.
Bild 2: Vergleich des Phasenrauschens bei einer Zufallsschwingung für Quarz-TCXOs und Silizium MEMSSuper-TCXOs.
2
3 Bild 3: Grundlegender Aufbau und Vorteile der Dual-MEMS-Oszillator-Architektur.
Änderungen der Umgebungs- und Boardtemperatur induzieren eine thermische Belastung für den Oszillator. Die schnellsten thermischen Transienten entstehen gewöhnlich beim Hochfahren des Systems und wenn das System von einem Niedrigleistungsmodus in den Hochleistungsmodus übergeht. Da Oszillatoren häufig in der Nähe von Prozessoren oder SoCs (System on Chip) platziert sind, können sie starken Temperaturänderungen ausgesetzt sein. Dies führt bei Quarz-Oszillatoren zu starken Frequenzabweichungen. Elite-Plattform-Oszillatoren basierend auf aktueller MEMS-Timingarchitektur sind besonders gut für die Verwendung in Systemen geeignet, die aufgrund ihrer Dual-MEMS-Konfiguration schnellen Temperaturveränderungen ausgesetzt sind. In dieser Architektur (Bild 3) dient ein zweiter MEMS-Resonator als Temperatursensor. Unkompensierte MEMS weisen einen steilen, jedoch meist linearen Frequenz-Temperatur-Verlauf auf. Diese Eigenschaft wird in der Elite-Plattform genutzt, um den zweiten MEMS-Resonator als Temperatursensor mit einer Steigung von etwa -7 ppm/°C zu verwenden. Der Abstand zwischen Resonator und Temperatursensor beträgt nur 200 µm, da beide Bauelemente auf dem gleichen Substrat liegen. Damit wird eine gute thermische Kopplung zwischen Resonator und Temperatursensor erreicht, die bei QuarzOszillatoren auf Grund der räumlichen Trennung auf dem Chip nicht möglich ist. Diese Vorteile und Fortschritte der TDCbasierten Mess- und Wandlertechnik ermöglichen eine Temperaturstabilität des Systems von ±100 ppb (Bild 4).
Luftströme sind in Bild 1 gegenübergestellt. Bild 2 erläutert die Vorteile bezüglich des Phasenrauschens eines SiliziumMEMSSuper-TCXO (temperaturkompensierter Oszillator) im Vergleich zu einem Quarz-
20
elektronik industrie 02/2017
TCXO. Die breitbandige Vibrationsamplitude beträgt 7,5 gRMS über einem Frequenzbereich von 15 Hz bis 2 kHz. Der MEMS-TCXO zeigt in diesem Schwingungsfrequenzbereich ein etwa 20 Mal
Veränderliche, turbulente Luftströme können zu System- und Temperaturveränderungen durch die Variation des Wärmestroms aus dem Oszillator verursachen. In Bild 5 ist die Allan-Deviation (ADEV) bei Auftreten von Luftströmen mit einer www.all-electronics.de
Bild 4: Temperaturabhängige Frequenzstabilität der MEMS-Super-TCXOs.
4
Embedded Technologie die begeistert Bild 5: Allan-Deviation des SiT5356MEMS-Oszillators im Vergleich zu einem Quarz-Oszillator bei Vorhandensein von Luftströmen.
5
TQMx70EB
Mittelungszeit von einer bis eintausend Sekunden dargestellt. Sind MEMS-Oszillatoren turbulenten Luftströmen ausgesetzt, lassen sich kaum negative Auswirkungen auf die ADEV nachweisen und eine bis zu 38 Mal bessere Leistung im Messbereich mit einer Mittelungszeit von einer bis zehn Sekunden aufzeigen. Die Allan-Deviation ist ein Zeitbereichsmaß für die Frequenzstabilität. Sie stellt eine Zweiwert-Varianz von kontinuierlich in der Beobachtungszeit gemessenen Mittelwerten dar und zeigt, wie sich die durchschnittliche Frequenz über ein Zeitintervall ändert. Eine gute ADEVLeistung ist wichtig für Präzisions-TCXOs für Telekommunikationsapplikationen.
temen.Spannungsgesteuerte MEMSOszillatoren verwenden einen linearen, rauscharmen ADC mit hoher Auflösung, um eine gute Phasenrauschleistung zu erzielen. Si-MEMS-Oszialltoren zeigen ein integriertes RMS-Phasen-Jitter (IPJ) von 82 Femtosekunden unter Verwendung der IEEE802.3-2015 10 GbE Jitter-Toleranzmaske von 1,875 bis 20 MHz. Statistisch gesehen konsumiert der Elite-Referenztakt nur 0,024 Prozent des Gesamtbudgets für RMS-Zufalls-Jitter von 4,1 ps. Die vorgestellten MEMS -Oszillatoren erfüllen daher die Jitter-Anforderungen von 40 GbE und 100 GbE. Damit stellen sie nur 0,37 % des Jitter-Gesamtbudgets unter Nennbedingungen dar. (na) ■
Phasenrauschen- und Jitter-Performance
Autoren
Phasenrauschen und Jitter, die neben der Frequenzstabilität die wichtigsten Merkmale eines Oszillators sind, haben eine direkte Auswirkung auf die Systemleistung, besonders auf Parameter wie die Bitfehlerrate (BFR) bei seriellen Datensyswww.all-electronics.de
Jim Holbrook Mitarbeiter bei Sitime Markus Lutz CTO, Executive Vice President Sitime
infoDIREKT
¢ COM Express® Basic (Type 6) Modul ¢ Brandneue Intel® Core™ und Intel® Xeon® CPUs der 7. Generation ¢ Beeindruckende CPU- und Grafikleistung (inkl. H.265, HEVC-10) ¢ -40°C ... +85°C für extreme Anforderungen
14.-16. März 2017 Besuchen Sie uns: Stand 1.578
TQ-Group l Tel. 08153 9308-0 Mühlstraße 2 l 82229 Seefeld
[email protected] www.tq-group.com/intel
808ei0217 21
EMB_Anz_x86KabyLage_EI_56x257_Rev100.indd 1 /2017 27.01.17 13:39 elektronik industrie 02
Quarze/Oszillatoren
Bilder: Intertec
Durch den Umzug von Freising nach Hallbergmoos liegt Intertec jetzt in unmittelbarer Nähe zum Flughafen München.
Red Frequency
Name ist Programm 2012 feierte ein neuer Produktbereich bei Intertec Premiere: Red Frequency. Quarze, Oszillatoren und SAWFilter werden als eigenständige Produkte mit eigenen Artikelbezeichnungen aufgenommen und ergänzen das Intertec-Sortiment. Verena Engelhardt als Chief Sales Officer bei Intertec für diesen Produktbereich zuständig, stellte sich den Fragen der Redaktion. Seit 2012 haben sie mit der neuen Linie Red Frequency Quarze und Oszillatoren im Programm. Diese Produkte adressieren Märkte, die bereits durch Spezialanbieter besetzt sind. Was waren die Gründe für die neue Linie? Verena Engelhardt: Da Intertec bereits Relais und Halbleiter vertreibt, war es naheliegend auch die supplementären Produkte Quarze und Oszillatoren in das Produktportfolio aufzunehmen. Die Kunden und Märkte kennt Intertec bereits und hatte auch schon in der Vergangenheit für Frequenzprodukte Anfragen erhalten. Nach genauer Untersuchung der Marktbegebenheiten haben wir festgestellt, dass auch in einem sehr umkämpften Markt es sehr wohl noch Potenzial für einen neuen Anbieter gibt, der preislich so interessant anbietet, dass Kunden quasi nicht umher kommen diesen unter die Lupe zu nehmen und dann von der Qualität, die sie geboten bekommen erstaunt werden. Wer im sich konzentrierenden europäischen Markt als Newcomer erfolgreich sein will, muss diesen Spagat beherrschen, ansonsten hätte man sich diese Investition von vorne herein sparen müssen.
22
elektronik industrie 02/2017
Eck-Daten Intertec, das Unternehmen Die 1993 von Christian Peter gegründete Intertec Components hat ihr Produktspektrum im Laufe der Jahre ständig erweitert. Als Distributor, ursprünglich von Relais bekannter Hersteller, wurde ab 1997 mit der neuen Produktsparte Elektromagnete der Bekanntheitsgrad weiter gesteigert. Diese Produkte basieren auf einer eng verwandten Technologie zu den herkömmlichen elektromechanischen Relais und somit konnte man schon auf einen gewissen Erfahrungsschatz zugreifen. Der nächste bedeutetende Schritt in der Intertec-Historie war die Definition der Smart-Distributor-Philosophie. Als Smart-Distributor verbindet Intertec die Vorteile eines Non-Franchisers mit den Vorteilen eines Franchise-Distributors. Dieses Geschäftsmodel, wo sich Intertec als Trendsetter und europäischen Marktführer sieht, konnte sowohl im Relaisgeschäft wie auch in der internationalen Vermarktung von Halbleitern, schwerpunktmäßig der Marken TI, Maxim, Microchip oder Analog Devices nunmehr seit annährend 20 Jahren erfolgreich umgesetzt werden.
www.all-electronics.de
Wie hat sich bislang das Geschäft mit Red Frequency entwickelt? Seit 2011 positionieren wir uns im europäischen Markt und konnten schon einige Kunden für Red-Frequency-Produkte gewinnen. Im Jahr 2012 haben wir Schukat als unseren Masterdistributor ausgewählt. Mithilfe von Schukat können wir Kunden mit dringenden Bedarfen und Mengen unter der Verpackungseinheit kurzfristig beliefern. Bei Schukat haben wir unser Standardportfolio lagernd verfügbar.
r uns auf de ie S n e h c Besu ürnberg 2017 in N rz ä M . 6 1 439 14. bis
Halle 3A
| Stand 438
&
Quarze und Oszillatoren sind Massenprodukte, benötigen aber oft Unterstützung beim Design-In. Wie sind sie da aufgestellt? Zum Großteil bekommen wir Kundenanfragen, die eine Alternative zu einem bislang eingesetzten Quarz/Oszillator haben möchten. Hier wird kein Design-In benötigt. Dennoch haben wir einen Techniker im Haus, der für unsere Kunden beratend tätig ist. Wie stellen Sie die hohe Qualität Ihrer Produkte sicher? In den Werken von Red Frequency gibt es eine strenge Warenein- und -ausgangskontrolle sowie optische Inspektionen. Des Weiteren werden Gehäuseabmessungen und Verpackungen nach
Verena Engelhardt ist als Chief Sales Officer bei Intertec zuständig für die Betreuung der europäischen Key Accounts. ESD-Vorschrift stetig überprüft. Regelmäßig kontrollieren wir die Verfahrensabläufe und Anlagen. Red Frequency verfügt über ein Prüflabor, in dem zum Beispiel die Gehäuse-Druckfestigkeit eines Uhrenquarzes getestet wird. Dort finden auch elektrische Tests unter erschwerten Umgebungsbedingungen statt, wie der Temperaturtest im Klimaschrank bei +70 °C. Für Anwendungen im Industrie- und Automotive-Sektor ist dies besonders wichtig. Denken sie an eine Erweiterung – auch bei den Oszillatoren? Wir denken hier an MEMS-Oszillatoren? Wir möchten uns in erster Linie auf unser Standardproduktportfolio konzentrieren. Hier können wir mit guter Qualität, gutem Preis und kurzer Lieferzeit punkten. In unserem Produktportfolio sind zu den Quarzen und Oszillatoren auch Keramikresonatoren und SAW-Filter zu finden. Wir sind uns des ständigen Wandels und Fortschritts der Technik bewusst und wollen daher auch unser Produktportfolio weiter ausbauen. (jj) ■
SCTxx, SCSxx, BSMxx Serie Energieeffiziente & nachhaltige Systeme mit SiC ROHM Semiconductor als führender Anbieter für SiC hat sich über Jahre hinweg darauf konzentriert, SiC als Werkstoff für Leistungshalbleiter der nächsten Generation zu entwickeln. Umfangreiches Produktangebot SiC-Wafer Schottky-Dioden, MOSFETs Diskrete Bauelemente und Module Führende Technologie ROHM ist weltweit der erste Halbleiteranbieter der SiC Trench MOSFETs in Massenproduktion fertigt. Umfassender System-Support System-Spezialisten stehen vor Ort mit umfassender Applikations-Unterstützung zur Verfügung Vollständige Qualitäts- & Supply-Chain-Kontrolle Hauseigenes, integriertes Fertigungssystem vom Substrat bis zum Modul Mehr Informationen zu SiC-Halbleiter: Tel. +49 7231 801-1523 | www.rutronik.com
infoDIREKT www.all-electronics.de
503ei0217 Überzeugen durch Leistung Consult | Components | Logistics | Quality
Quarze/Oszillatoren
SE Spezial-Electronic startet europaweit
Mit einer Produktionskapazität von aktuell 3000 Bauteilen pro Stunde ist SE Spezial-Electronic für die sich abzeichnende stark steigende Nachfrage nach MEMS-Oszillatoren bestens gerüstet. Rolf Aschhoff, Vice President Marketing & Sales.
Bild: SE Spezial-Electronic
24-Stunden-Programmierservice für Sitime-MEMS-Oszillatoren
Komponenten dominierte Märkte. So finden die Produkte von Sitime inzwischen auch als hochpräzise Zeitgeber für Telekom- oder Netzwerkapplikationen oder als AEC-Q100-qualifizierte Oszillatoren für Automotive Safety Integrity Level (ASIL)-Applikationen großen Zuspruch. Mit der Folge, dass die Nachfrage nach MEMS-basierenden Oszillatoren seit geraumer Zeit kontinuierlich weiter steigt. Insgesamt über 500 Millionen MEMSOszillatoren verschiedener Art konnte Sitime bereits absetzen. Für Rolf Aschhoff, Vicepresident Marketing & Sales bei SE Spezial-Electronic, kommt diese Entwicklung nicht überraschend. „Ein wichtiger Punkt für die zunehmende Kundenakzeptanz ist sicherlich, dass MEMS-Oszillatoren neben ihren
Als europaweit erstes autorisiertes Distributionsunternehmen bietet SE SpezialElectronic jetzt für alle Standard-MEMSOszillator-Familien von Sitime (Eigenschreibweise: SiTime) einen eigenen 24-Stunden-Programmierservice an. Die Auswahl der jeweiligen Komponenten inklusive Definition der gewünschten technischen Parameter erfolgt per Mausklick im eigens dafür eingerichteten eShop. Ausgeliefert werden die im hauseigenen Servicecenter programmierten Bauteile spätestens 24 Stunden nach Auftragseingang. MEMS-basierte Oszillatoren sind längst nicht mehr nur ein Nischenprodukt. Aufgrund ihrer vielfältigen technischen und wirtschaftlichen Vorteile erobern sie sich immer mehr bislang von quarzbasierten
herausragenden technischen Werten zusätzlich auch noch den Vorteil der individuellen Programmierbarkeit bieten. Die Verwendung von Standard-Halbleiterprozessen und Verpackungsprozessen der Halbleiterindustrie garantiert eine nahezu unbeschränkte Verfügbarkeit und extrem kurze Vorlaufzeiten, vor allem, wenn man die Bauteile auch noch nahe beim Kunden programmiert.“ Das MEMS-Oszillatoren-Programmiercenter von SE Spezial-Electronic ist dafür ausgelegt, innerhalb kurzer Zeit nahezu jede gewünschte Menge vom Einzelmuster bis hin zu großen Serienstückzahlzahlen zu liefern. Aktuell können bis zu 3000 Bauteile pro Stunde programmiert und gegurtet werden, wobei Kunden anfangs die Wahl zwischen acht Bauteileserien und vier Gehäusegrößen haben. „Ich gehe davon aus, dass das hohe Maß an Versorgungssicherheit und die durch unser neues Serviceangebot nochmals drastisch verkürzten Lieferzeiten schon bald noch viel mehr potenzielle Anwender zum Einsatz von MEMS-Oszillatoren bewegen werden“, ist sich Rolf Aschhoff sicher. (jj) n
infoDIREKT 541ei0217
Phasenrauschen von nur 131 dBc/ Hz bei 100 kHz
Ultraminiatur-VCXOs
24
elektronik industrie 02/2017
-40 bis +85 °C. Die Frequenz ist extern durch das Anlegen einer Steuerspannung (1,65 V nominal) einstellbar, welche die Ausgangsfrequenz um eine Mindest-APR von ±35 ppm hochziehen kann. Das ermöglicht eine absolute Frequenzeinstellung sowie eine Korrektur der Quarz-Alterung. Eine Einschalt-/Ausschalt-Funktion auf Anschlusspin 2 ermöglicht die Ausschaltung des VCXO.s (jj) n
Bild: IQD
Die spannungsgesteuerte Quarzoszillatoren (VCXOs) der Reihe IQXV-93 von IQD haben ein Phasenrauschen von 131 dBc/ Hz bei 100 kHz und ein RMS-Phasenjitter von 0,9 ps (12 kHz bis 20 MHz) in einem hermetisch dichten 6-Pad-Keramikgehäuse von 2,5 mm x 2,0 mm x 1,0 mm nach dem Industriestandard. Der VCXO ist in einem Frequenzbereich von 8 MHz bis 1,5 GHz erhältlich. Als Versorgungsspannungen sind 2,5 und 3,3 V möglich, und zwar über einen Betriebstemperaturbereich von
Der spannungsgesteuerte Quarzoszillator (VCXOs) aus der Reihe IQXV-93 von IQD.
infoDIREKT 544ei0217 www.all-electronics.de
20 Y E A R S PETERMANN TECHNIK
QUARZE, OSZILLATOREN & MEHR WELCOME TO THE WORLD OF CLOCKING PRODUKTSPEKTRUM:
APPLIKATIONEN:
PRODUKTVORTEIL & SERVICE:
+ SMD/THT Quarze + Quarzoszillatoren + Silizium (MEMS) Oszillatoren + 32.768 kHz Ultra LP Oszillatoren + MHz Ultra Low Power Oszillatoren + 32.768 kHz Quarze + Low Power Oszillatoren + Differential Oszillatoren + Spread Spectrum Oszillatoren + VCXO, VCTCXO + High Temperature Oszillatoren + Stratum3 Oszillatoren + Automotive Oszillatoren + SPXO, LPXO + TCXO, OCXO + ULPO, ULPPO + Keramikresonatoren + Quarzfilter
+ Wireless (WLAN, WIFI, Sub GHz) + Smartphones & Tablets + IoT + Wearebles + M2M + GPS + Embedded + Industrial + Telecom + Medical + Automotive + Consumer
+ Passende Lösung für jede Clocking Applikation + Höchste Qualität + Äußerst wettbewerbsfähige Preise + Sehr breiter Frequenzbereich + Erweiterter Temperaturbereich von –55/+125°C + Umfangreicher Design-in-Support + Großserienbetreuung + Weltweite Logistikkonzepte
PETERMANN-TECHNIK GmbH Lechwiesenstr. 13 86899 Landsberg am Lech Deutschland – Germany Tel +49 (0) 8191 – 30 53 95 Fax +49 (0) 8191 – 30 53 97
[email protected]
WWW.PETERMANN-TECHNIK.DE
Quarze/Oszillatoren
AUTOMOTIVE-OSZILLATOREN
Mit immer komplexerer Automobilelektronik und höheren Packungsdichten auf miniaturisierten Platinen steigt der Bedarf an Oszillatoren mit geringen Abmessungen. Die SMD-Siliziumoszillatoren von Petermann-Technik sind mit ihrer kompakten Bauweise, einem Betriebstemperaturbereich bis 125 °C sowie Schock- und Vibrationsfestigkeit für den Einsatz im Automotive-Bereich geeignet. Mit der Forderung nach hohem Betriebstemperaturbereich, Schock- und Vibrationsfestigkeit und kleinen Abmessungen für den Einsatz auf miniaturisierten Platinen kommen SMD-Quarze als Taktgeber an die Grenzen ihrer Einsetzbarkeit in der Automobilelektronik. Da sich bei Quarzen in kleinen Gehäusen der Widerstand stark erhöht, wird der von Fahrzeugherstellern geforderte Safety-Faktor von ≥10 oft nicht mehr eingehalten. Systemdesigner weichen daher vermehrt auf SMD-Siliziumoszillatoren aus. Mit einem AutomotiveOszillator können höhere Lasten getrieben
Bild: Petermann-Technik
SMD-Oszillatoren für sichere Bordnetze
Die SMD-Oszillatoren für den Automotive-Bereich von Petermann-Technik sind AEC-Q100kompatibel und können aufgrund ihrer geringen Abmessungen auf miniaturisierten Platinen verbaut werden.
und mehrere ICs gleichzeitig getaktet werden. Anders als Quarze benötigen Siliziumoszillatoren keine externen Kapazitäten, sodass sie weniger Platz auf der Platine benötigen. Petermann-Technik bietet drei SMD-Oszillatoren für dieses Anwendungsumfeld an. Die Modelle LPO-AUT und HTLPOAUT arbeiten im Temperaturbereich von -40 °C bis 85 °C beziehungsweise 105/125 °C; WTLPO-AUT kann bei Temperaturen
von -55 °C bis 125 °C zum Einsatz kommen. Die MTBF der Oszillatoren liegt bei 1000 Millionen Stunden. Die Bauelemente bieten eine Schockfestigkeit bis 50.000 g, eine Vibrationsfestigkeit bis 70 g und eine Vibrationsempfindlichkeit von 0,1 ppb/G. Alle Modelle sind mit Frequenzstabilitäten ab ±20 ppm mit einer Alterung von ±5 ppm nach 10 Jahren lieferbar. Die im Frequenzbereich 1 bis 137 MHz verfügbaren AEC-Q100-konformen Oszillatoren verfügen über verlustleistungsarme CMOS-ICs und lassen sich im Versorgungsspannungsbereich von 2,25 V bis 3,63 V betreiben. Die Verlängerung der Anstiegs- und Abfallzeit des Ausgangssignals ist um bis zu 45 Prozent möglich. sodass eine EMV-Dämpfung der 11. harmonischen Oberwelle um mehr als -60 dB realisierbar ist. Alle drei Oszillatoren sind in Standardgehäusen mit unterschiedlichen Abmessungen verfügbar. (na) ■
infoDIREKT
807ae0117
KEINE EINSCHRÄNKUNGEN
Mini-Quarz-Kristalle für das IoT Die Mini-Quarz-Kristalle von Murata aus der Xrced-Serie sind für den Einbau in Mobilfunk-Geräte und Module mit Wireless-Technologie geeignet. Bei den meisten Kristalleinheiten verschlechtert sich der RESR, wenn die Vibrationsfläche eines Kristalls aufgrund der Miniaturisierung eingeschränkt wird. Die Kristallelemente der Xrced-Serie können diesen Verlustwiderstand trotz ihrer geringen Abmaße von nur 1,2 x 1,0 mm² niedrig halten.
Niederfrequente Oszillatoren
OM-7605-C8, OM7604-C7, OM-0100-C7/C8
• Kalibriert, hohe Genauigkeit < 20 ppm • Tiefer Stromverbrauch: 0.3 µA • Zwei Frequenzen: 32.768 kHz, 100.000 kHz • Zwei Lieferformen: C7: 3.2 x 1.5 mm, C8: 2.0 x 1.2 mm
Ideal für • IoT, Wearable • Smart Pens, Fitnessbänder • Industrie und Singleboard Computer • Medizinische Hilfsmittel und Geräte
M I C R O C R Y S TA L S W I T Z E R L A N D
Die Mini-Quarz-Kristalle aus der Xrced-Serie von Murata sind durch ihre geringen Abmessungen für Mobilfunk-Geräte und Module mit Wireless-Technologie geeignet.
Löten geeignet. Die Komponente hat eine Frequenz-Toleranz von ±20 ppm in einem Temperaturbereich von -30 bis 85 °C. Der maximale ESR beträgt 60 Ω und der Drive Level liegt bei maximal 100 µW. (hag) ■
infoDIREKT
702ei0217
Micro Crystal AG Muehlestrasse 14 CH-2540 Grenchen Switzerland
[email protected] www.microcrystal.com
MC_Banner_178x29_2017_de_rz.indd 1
26
Üblicherweise wird die Größe des Kristallelements durch die Verwendung von flachen Gehäusen reduziert. Dies kann jedoch zu Deformationen und zum Dichtungsbruch führen. Murata verwendet beim Packaging-Prozess eine Struktur zur Verteilung der Spannungen und gewährleistet damit dielektrische Festigkeit. Das 37,4-MHz-Kristallelement XRCED37M400FXQ52R0 ist bleifrei gemäß RoHSVerordnung (Phase 3) und für bleifreies
elektronik industrie 02/2017
rata
: Mu
Bild
27.01.17 10:58
www.all-electronics.de
Quarze/Oszillatoren
Oszill atoren für anspruchsvolle Anwendungen
Quarzoszillatoren für 1,8432 bis 50 MHz
Bild: Schukat
Die Quarzoszillatoren der Serie IO31 haben eine sehr gute Frequenzstabilität bei äußerst geringem Phasenrauschen.
Neu in sein Produktprogramm aufgenommen hat Schukat die Quarzoszillatoren der Serie IO31 von Red Frequency. 18 Typen decken einen breiten Frequenzbe-
reich von 1,8432 bis 50 MHz ab. Ihre sehr gute Frequenzstabilität bei äußerst geringem Phasenrauschen sowie eine gute Symmetrie des Ausgangssignals prädestinieren diese Serie zusammen mit kurzen Start-, Anstiegs- und Abfallzeiten auch für anspruchsvolle Anwendungen. Die Quarzoszillatoren finden dort Verwendung, wo die Frequenzstabilität einfacher Schwingquarze nicht ausreicht oder wo eine höhere Betriebssicherheit und ein geringerer Schaltungsaufwand nötig sind. Um eine langfristige Frequenzdrift und
Alterung zu minimieren, kommt ein hochwertiges und hermetisch dicht versiegeltes Metallgehäuse in den Maßen 20,4 × 12,9 × 5,3 mm3 zum Einsatz. Damit lassen sich sowohl die Zuverlässigkeit deutlich erhöhen als auch der Alterungskoeffizient signifikant verbessern: So beträgt das Aging in den ersten zwölf Monaten nur maximal ±5 ppm. Durch den ausschließlichen Gebrauch hochwertiger Ausgangsmaterialien ist eine langfristig zuverlässige Funktion bei einem guten Preis-Leistungs-Verhältnis gewährleistet. Die Serie IO31 ist ab Lager bei Schukat erhältlich. (ah) n
infoDIREKT
612ei1216
Zuverl ässigkeit auf Halbleiterniveau
Stromsparende MEMS-Oszillatoren
Bild: Microchip
Die Single-Output-MEMS-Oszillatoren DSC6000 eignen sich als Taktreferenzen in kleinen, batteriebetriebenen Geräten.
Die MEMS-Oszillatoren (Micro-ElectroMechanical Systems) der Serie DSC6000 sind laut Angaben von Microchip die branchenweit kleinsten MEMS-MHz-Oszillatoren mit dem geringsten Stromverbrauch über den gesamten Frequenzbereich von 2 kHz bis 100 MHz. MEMS-Oszillatoren bieten Zuverlässigkeit auf Halbleiterniveau und eine sehr gute Frequenzstabilität über einen weiten Temperaturbereich. Besonders geeignet sind die Single-Output-MEMS-Oszillatoren DSC6000 von Microchip als Taktreferenzen in kleinen, batteriebetriebenen Geräten wie Wearables und IoT-Anwendungen, in denen es auf eine kleine Baugröße, geringen Stromverbrauch und www.all-electronics.de
langfristige Zuverlässigkeit ankommt. Sie erfüllen die strengen Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Beständigkeit und Zuverlässigkeit – nach AEC-Q100 (Automotive Electronics Council) – und eignen sich daher auch für Anwendungen im Motorraum von Fahrzeugen. Ausgeliefert werden die Oszillatoren im 4-poligen DFN-Standardgehäuse mit Abmessungen von 1,6 mm × 1,2 mm bis 7 mm × 5 mm und sie verbrauchen nur 1,3 mA (typisch) Strom. Ihr Betriebstemperaturbereich erstreckt sich von -40 bis +85 °C. Über diesen Bereich beträgt die maximale Drift ±25 ppm. Im Gegensatz zu Quarz-Oszillatoren widerstehen sie laut Herstellerangaben der 500-fachen Stoß-
und der 5-fachen Vibrationsbelastung, was einen zuverlässigen Betrieb in den meisten Umgebungen gewährleistet. Microchips Online-Konfigurations-Tool Clockworks ermöglicht Entwicklern die schnelle Auswahl des richtigen Oszillators hinsichtlich Frequenz, Gehäusegröße, ppm- und Temperaturbereich. Anschließend können kostenlose Muster dieses Oszillators über das gleiche Tool bestellt werden. Das separat erhältliche Programmierkit Timeflash sorgt für eine sofortige Taktbereitstellung, indem der OTP-Speicher (One-Time Programmable) eines unbeschriebenen DSC6000 beschrieben beziehungsweise programmiert wird. Um die Evaluierung und Entwicklung zu vereinfachen, steht der Clockworks-Configurator online zur Verfügung. Die Oszillatoren DSC60xx und DSC61xx befinden sich bereits in der Serienfertigung und sind ab sofort in folgenden Gehäusen erhältlich: 1,6 mm × 1,2 mm; 2,0 mm × 1,6 mm; 2,5 mm × 2,0 mm im 4-poligen VLGA; und 3,2 mm × 2,5 mm im 4-poligen VDFN. (ah) n
infoDIREKT
613ei1216
elektronik industrie 02/2017
27
Wireless-ICs
Bild 1: Typischer Aufbau eines IoTÖkosystem mit Sensor- und Funklösungen von Melexis.
Großer Akzeptanzbereich HF-Transceiver für Sub-GHz-Funkanwendungen Der Empfang eines Signals von einem IoT-Sensorknoten kann eine Herausforderung für einen digitalen HF-Empfänger sein – vor allem dann, wenn der Sensorknoten aufgrund eines Quarzes mit hoher Toleranz eine schlechte Frequenzgenauigkeit aufweist. Hier schaffen HF-Transceiver mit einem großen Trägerfrequenz-Akzeptanzbereich Abhilfe. Autor: Andreas Laute
B
ei der Entwicklung ortsgebundener Funksensornetzwerke (WSN, Wireless Sensor Networks) für das Internet der Dinge (IoT) spielt die verfügbare Bandbreite eine wichtige Rolle. Grundsätzlich ist im IoT-Bereich jedes vernetzte Gerät ein intelligenter Knoten, der Informationen erfasst und irgendeine Form der Signalverarbeitung und -konditionierung (digital oder analog) durchführt. Dazu gehört beispielsweise die Filterung gewünschter Signale aus Störungen, um die für die Datenkommunikation benötigte spektrale Bandbreite zu reduzieren. In herkömmlichen Konfigurationen kommunizieren IoT-Sensoren mit einem Gateway (oder Datensammler), von dem Daten in das Internet zu einem zentralen Datenspeicher weitergeleitet werden, der diese Information sichert, speichert und verarbeitet. Bild 1 beschreibt ein mögliches IoT-Ökosystem, bei dem die Sensordaten über das Internet aus der Ferne abgefragt werden. Sensor- und Funklösungen von Melexis können hier in mehreren Anwendungen zum Einsatz kommen – sowohl in den IoT-Sensoren selbst als auch im Gateway, das mit dem „gängigen“ Internet kommuniziert.
28
elektronik industrie 02/2017
Sub-GHz- und 2,4-GHz-Funk im Vergleich Branchenweit wird debattiert, ob Sub-GHz- oder 2,4-GHz-Funk als bevorzugte drahtlose Übertragungstechnik für Datenkommunikations- und Sensoranwendungen verwendet werden soll. Innerhalb der IoT-Infrastruktur steht 2,4 GHz meist für Bluetoothbasierte Übertragung (oft Bluetooth Low Energy, BLE) oder WLAN. Die Bezeichnung „Sub-GHz“ bezieht sich häufig auf eines der ISM-Bänder, beispielsweise bei 433,92 oder 868,3 MHz. Ein 2,4-GHz-basiertes System bietet einen relativ hohen Datendurchsatz, oft in der Größenordnung von mehreren Megabit pro
Eck-Daten Der HF-Transceiver MLX73290-M von Melexis eignet sich gut für weite Trägerfrequenztoleranzen. Der Mehrkanal-HF-Transceiver deckt den Frequenzbereich von 300 bis 960 MHz ab. Sein Ausgangspegel reicht von -20 bis 13 dBm, programmierbar in 64 Schritten. Die Empfängerempfindlichkeit beträgt -120 dBm bei 15 kHz Bandbreite. Mit einer maximalen Datenrate von 250 kBit/s ist der Transceiver auch in der Lage, einen erhöhten Datendurchsatz zu bewältigen.
www.all-electronics.de
Wireless-ICs
Alarm & Sicherheit
Automotive
Alarmanlagen Rauch- und CO2-Melder Sicherheitssensoren
Keyless Entry Passive entry Reifendrucküberwachung
Hausaurtomatisierung Beleuchtungssteuerung Türschlösser Weiße Ware
Automatisierungstechnik Überwachungssensoren Kabelersatz
Sub-GHz große Reichweite robuste Verbindung energieeffizient
Landwirtschaft Ortung von Viehbeständen Bewässerungssysteme
Smart Metering Stromzähler Durchflusszähler Wärmezähler
Logistik Maut-Etiketten Asset-Tracking
Bild 2: Die Sub-GHz-Übertragung eignet sich für unterschiedlichste Anwendungsbereiche.
Sekunde (Mbit/s) für WLAN. Bei BLE ist der Durchsatz mit rund 260 kbit/s deutlich geringer. Ein Nachteil einer 2,4-GHz-Funkverbindung ist die relativ kurze Reichweite (
