Bauelemente Kombination unterschiedlicher Logik-Familien Bei der Bearbeitung, Verknüpfung und Aufbereitung von Signalen wird die Kombination von Gattern auch aus unterschiedlichen Familien (z. B. TTL und CMOS) un umgänglich. Dabei sind verschiedene Eigenschaften wie Pegel und Fan-Out zu berücksichtigen. Ein Vergleich der Pegeldiagramme von TTL und CMOS (Bild 4) zeigt deutlich, dass man einen TTL-Eingang direkt an einen CMOS-Ausgang anschließen kann, da die CMOS-Ausgangsspannungen im Bereich der TTL-Eingangspegel liegen. Es muss jedoch darauf geachtet werden, dass der CMOS-Baustein genügend Strom zur Ansteuerung der TTL-Schaltung liefert. Umgekehrt gilt dies in der Regel jedoch nicht, da der TTL-1-Pegel im verbotenen Bereich für CMOS liegt. Die Lösung ist ein CMOS der 74HCT-Reihe, der Pin- und funktionskompatibel mit TTL ist. Das macht auch den sonst notwendigen Pull- Up-Widerstand überflüssig. Der Fan-Out gibt die Belastbarkeit eines Ausgangs an, also wie viele Eingänge maximal von einem Gatterausgang angesteuert werden können, ohne dass die erforderlichen Spannungspegel für eine logische 0 und 1 überschritten werden. Er ergibt sich als Quotient von maximalen Ausgangsstrom zu maximalen Eingangsstrom der anzusteuernden Gatter. Bei TTL begrenzt die verringerte Eingangsspannung bei der Verteilung des Stroms den maximalen Fan-Out. Ein typischer Wert sind 20 Gatter. Bei CMOS wirkt die Kapazität der angesteuerten ICs als begrenzen der Faktor, da der DC-Eingangsstrom der CMOS-Logik-ICs in der Größenordnung von Mikroampere liegt. Die Eingangskapazität liegt hier bei ca. 10 pF. Die Summe der Kapazitäten, die an einen Ausgang angeschlossen werden können, bei bis zu 500 pF. Theoretisch könnten so 50 CMOS-Logik-ICs an einen Ausgang angeschlossen werden. Zu Bild 4: TTL-Pegel (links) mit SH bzw. SL = 0,4 V im Vergleich zum CMOS-Pegel mit SH bzw. SL = 1 bei 5 V (rechts) beachten ist jedoch, dass die ansteigende Flanke der Signalwellen form abflacht, wodurch sich die Laufzeitverzögerung erhöht. Die Schaltzeiten werden somit länger. Daher ist am Platinenlayout vorab eine Funktionsbewertung durchzuführen, um sicherzustellen, dass die CMOS-Logik-Gatter ordnungsgemäß funktionieren. Eine Erhöhung der Eingänge führt jedoch zu einem Anstieg des Stromverbrauchs, was wiederum die Verlustleistung erhöht. Auch die Gatter-Schaltzeit t pd (propagation delay), also die typische Verzögerung, die ein Signal vom Eingang des Gatters bis zum Ausgang erfährt, ist bei der Kombination verschiedener Gatter zu beachten. Bei TTL besteht die Ursache für die Verzögerung in der Schaltzeit des Transistors. In CMOS-Komponenten verursacht die Zeit zum Laden oder Entladen der Lastkapazität die Ausbreitungsverzögerung (Schalten des FET). Tabelle 3 zeigt den Vergleich der Gatter-Schaltzeiten von TTL- und CMOS-Komponenten. Zahlreiche Familien versammelt Die Technologie-Logik-Familien von Diodes (Aufmacherbild) umfassen Single-Gate-Logik, Dual Gateoder Standard-Logik für Anwendungen in der Industrie, Kommunikation und Unterhaltungs elektronik sowie in Computern. Die Ultra-Low- Power-Logik AUP-Familie hat eine kleine Eingangshysterese, die sie weniger anfällig für Probleme durch langsam ansteigende oder abfallende Signale macht. Die AUP-Familie ist erhältlich in sieben Gehäusetypen und eignet sich besonders für batteriebetriebene Handheld- Anwendungen. Die Hochleistungsund Small-Footprint-Lösungen sind über Rutronik erhältlich. Die Automotive- konformen Versionen (mit der Endung Q) sind AEC- Q100 qualifiziert, werden in IATF- 16949-zertifizierten Werken hergestellt und durch laufen PPAP- Bemusterungsverfahren. Extrem klein Die General Purpose Logic- Single- Gate- bzw. -Dual-Gate-Logikprodukte sind in kleinen Gehäuseoptionen wie SOT25/26/353/363 verfügbar (Bild 5). Diese sind die richtige Wahl für Standardapplikationen, beispielsweise 74AHC bzw. 74AHCT mit einem Versorgungsspannungsbereich von 2,0 - 5,5 V bzw. 4,5 - 5,5 V. Niedrigere Ansteuerungsströme sorgen dafür, dass die Schaltungen bei Unterbrechungen robuster gegenüber Störungen sind. Die 74AHCT-Version ist zudem kompatibel mit TTL- Familie Typ t pd Standard-TTL 7400 10 ns Low-Power-Schottky-TTL 74 LS 00 10 ns Schottky-TTL 74 S 00 3 ns Low-Power-Advanced-TTL 74 ALS 00 4 ns Fast TTL 74 F 00 3 ns Advanced TTL 74 AS 00 1,5 ns Standard-CMOS 4000 74 C 00 High-Speed-CMOS 74 HC 00, 74 HCT 00 Advanced CMOS 74 AC 00, 74 ACT 00 Low-Voltage-CMOS 74 LV 00 74 LVC 00 74 ALVC Bild 5: Die General Purpose Logic- Single-Gate- bzw. -Dual-Gate- Logikprodukte sind in kleinen Gehäuseoptionen verfügbar © Diodes Eingängen. Die 74LVCx-Familie ermöglicht Mixed-Signal-Spannungsanwendungen, da ihre Eingänge von 3,3 V bis zu 5,5 V ansteuerbar und direkt mit TTL- Eingangsspannungspegeln nutzbar sind. ◄ 90 ns 30 ns ≈ 10 ns (spannungsabhängig ≈ 3 ns 14 ns 7 ns 4 ns Tabelle 3: Schaltzeiten von TTL- und CMOS-Komponenten (Quelle: Wikipedia) 16 PC & Industrie 1-2/2023
Komponenten/Sensoren/Stromversorgung Kraftmessung auf kleinstem Bauraum Gedruckte Kraftsensoren können direkt auf zu vermessende Bauteile appliziert werden binder Innovations- & Technologie Zentrum www.binder-itz.de Kraftsensoren sind essenzieller Bestandteil moderner Mess- und Regeltechnik und millionenfach im Einsatz. Egal, ob im Lastwagen, an der Spritzgussmaschine oder an der Autobahnbrücke: Wenn Zug-, Druck- oder Scherkräfte gemessen werden sollen, kommen die praktischen Sensoren zum Einsatz. Gedruckte Kraftsensoren erweitern nun die Möglichkeiten dieser Sensoren. Exakt definierte Kraft Wegen eines steigenden Verkehrsaufkommens unterliegen Brücken täglich tonnenschweren Belastungen. Ein Roboterarm hingegen muss in der Lage sein, fragile Strukturen mit exakt definierter Kraft zu greifen. In beiden Fällen messen Sensoren die auftretenden Kräfte. In der Technik ist diese Sensorklasse auch als Dehnmessstreifen (DMS) bekannt. Einheitliches Messprinzip Diese Sensoren unterliegen einem einheitlichen Messprinzip. Die anliegende Kraft verformt den Sensor leicht. Durch die Verformung ändert sich der elektrische Widerstand des Sensors proportional zur anliegenden Kraft. Diese Widerstandsänderung kann exakt gemessen werden. Konventionelle DMS werden von Hand auf den zu vermessenden Gegenstand geklebt. Das ist fehleranfällig und hat Nachteile bei der Reproduzierbarkeit. Gedruckte Kraftsensoren können hingegen direkt auf das zu vermessende Bauteil appliziert werden. Damit entfällt der Klebeprozess und die Fehleranfälligkeit sowie die Kosten jedes einzelnen DMS sinken. Mit dem vom binder ITZ entwickelten Druckprozess können sowohl 2D- als auch 3D-Strukturen direkt bedruckt werden. Optimale Weiterleitung Ein gedruckter Sensor ist in Schichten aufgebaut: Metalle (Stahl, Aluminium etc.) werden mit einer nichtleitenden Isolationsschicht bedruckt. Diese muss die zu messenden Kräfte optimal an die Sensorschicht weiterleiten. Zu starre Schichten brechen oder reißen, zu weiche Schichten reduzieren die Kraftübertragung. In Druckversuchen haben Druckpasten auf Siliziumdioxid-Basis (druckbares Glas) sehr gute Ergebnisse erzielt. Bei Kunststoffsubstraten (PA6.6, PC etc.) kann dieser Schritt entfallen. Für elektrische Zuleitungen (Bus) wird eine Kupferpaste verwendet. Die so gedruckten Leiterbahnen sind nach der Trocknung lötbar. Damit kann an der Schnittstelle zum Sensor eine Vielzahl von (Steck-)Verbindern eingesetzt werden. Druckpaste auf Carbonbasis Die Sensorschicht besteht aus einer Druckpaste auf Carbonbasis. Der elektrische Widerstand ist einstellbar. Wie bei konventionellen DMS werden gewöhnlich 350 oder 1.000 Ohm gewählt. Damit sind gedruckte Sensoren eins zu eins austauschbar. Die für die Sensoren typische Mäanderstruktur kann bei kostengünstigeren Varianten direkt gedruckt oder für präzisere Anwendungen mittels Lasertrimmen optimal angepasst werden. Kundenspezifische Sensor-Geometrien Vollbrücke mittels Lasertrimmen, alle Bilder © binder Durch eine zweite Isolationsschicht werden die gedruckten Funktionsschichten vor negativen Einflüssen wie Feuchtigkeit, Chemikalien, Schmieröl oder mechanischem Abrieb geschützt. Diese lässt sich ebenso bedrucken, das Sensorsystem kann außerdem vergossen werden. Insgesamt hat der Schichtaufbau eine Dicke von 50 bis 100 µm. Die Druckformherstellung mittels Laserablation ermöglicht kundenspezifische Sensor- Geometrien. Die Anordnung und Verschaltung der Sensoren kann analog zu konventionellen DMS als wheatstonesche Messbrücke erfolgen. Einflüsse der Umgebungstemperatur lassen sich somit ebenfalls kompensieren. In einer Kooperation mit dem Institut für Mess- und Sensortechnik der TU Darmstadt werden die gedruckten Sensoren derzeit charakterisiert. Der Serieneinsatz ist für 2023 geplant. Dafür werden Standarddruckparameter für eine optimierte Hysteresefunktion, Ausdehnungskoeffizienten sowie K-Faktor festgelegt. Darüber hinaus werden seit dem vierten Quartal 2022 erste gedruckte Kraftsensoren bei industriellen Entwicklungspartnern im Feldversuch getestet. ◄ PC & Industrie 1-2/2023 17
InoNet Computer GmbH. ............8
Prozessor, sonstige Aaronn Electron
TQ-Systems GmbH ..................8
eltronic Industrie PC AG ..........
ELMACON GmbH. ...................85
BHV-Automation GmbH .............84
eltronic Industrie PC AG ..........
BHV-Automation GmbH .............84
EKL Rutronik GmbH Goodsky, TW Karl
A Aaronn Electronic GmbH Zeppelinst
ICP Deutschland GmbH Mahdenstr. 3,
63303, Büro Frankfurt Tel.: 06103/
Computer-on-module COM-HPC richtig
Computer-on-module Bild 6: Dieses B
IPCs/SBCs/Module/Embedded Industrie
IPCs/SBCs/Module/Embedded Evaluiere
Embedded Systeme Wie wird NVIDIA Je
IPCs/SBCs/Module/Embedded Von der S
IPCs/SBCs/Module/Embedded All-in-On
IPCs/SBCs/Module/Embedded Mini-ITX
IPCs/SBCs/Module/Embedded Modulare
IPCs/SBCs/Module/Embedded IP69K ges
IPCs/SBCs/Module/Embedded Industrie
IPCs/SBCs/Module/Embedded Hochwerti
Künstliche Intelligenz Mehr oder w
Künstliche Intelligenz Künstliche
Sicherheit automatisch die Zertifiz
Sicherheit basierte Inspektion die
AU TO RI SIERTER HDISTRIBUTORH Lüf
Laden...
Laden...
Laden...