Elektronik_01_2015

www.elektronikaB2B.pl

1/2015

styczeń

Wywiad miesiąca: Andrzej Talarek, prezes zarządu firmy InterPhone Service – str. 20

Elektronik 10,00zł (w tym 5%VAT)

ISSN -1248-4030 INDEKS 340 731

MAGAZYN ELEKTRONIKI PROFESJONALNEJ

Narzędzia i zestawy startowe dla mikrokontrolerów, oprogramowanie EDA

Coraz więcej urządzeń komercyjnych bazuje na projektach open source Liczba urządzeń komercyjnych i sprzętu elektronicznego opartego na projektach typu open source, w tym także płytek drukowanych, szybko rośnie. Przyczyną jest łatwość implementacji takich projektów, poprawa wydajności i funkcjonalności bazujących na nich konstrukcji oraz skrócenie czasu wejścia na rynek. Patrz str. 18

W numerze: Jak wbudowywanie podzespołów zmienia technikę montażu PCB? .... 62

Nakład 10600 egz.

Codebender – programowanie Arduino w przeglądarce .................... 44

Zestawy projektowe, narzędzia dla konstruktorów, płytki ewaluacyjne, starter-kity oraz oprogramowanie to produkty, które stały się niezbędne i bardzo popularne. Większość premier rynkowych w zakresie złożonych układów scalonych wspomagana jest pojawieniem się zestawu projektowego bazującego na tym chipie, demonstrującego możliwości i ułatwiającego stworzenie aplikacji. W zakresie mikrokontrolerów takie zestawy nierzadko są gotowymi systemami, wyposażonymi w wyświetlacz, układy peryferyjne, złącza i zasilanie, dzięki czemu nie tylko są one pomocą dla projektantów, ale można je traktować jako gotowe do użycia rozwiązanie hardware’owe. W konsekwencji tych pro-

cesów krajowy rynek narzędzi projektowych rozwija się w szybkim tempie wraz z rosnącą liczbą mikrokontrolerów. Patrz str. 24

Sposoby pomiaru prądu pobieranego z zasilaczy Zasilacz i obwody dystrybucji energii są bardzo ważnymi podzespołami każdego urządzenia elektronicznego. Jeśli ulegną uszkodzeniu, część lub całość systemu przestaje działać, a nawet może ulec zniszczeniu. Elementy zasilaczy często są poddawane prądowym przetężeniom i rozmaitym zaburzeniom powstającym w sieci w sieci elektroenergetycznej, przekształtnikach, przetwornikach DC/DC, UPS-ach, wywoływanym przełączaniem obciążeń reaktancyjnych itp. W celu osiągnięcia wysokiej niezawodności potrzebna jest znajomość stanu zasilacza, czyli dostęp do informacji o wielkości prądów, napięć i wydzielanej mocy w najważniejszych

jego podzespołach. W artykule pokazujemy, jak efektywnie zrealizować obwody pomiaru prądu dla wielu wariantów układowych. Patrz str. 53

Rynek dystrybucji w Europie wzrósł o 6–7% – str. 13

Od redakcji

Noszona elektronika przyda się wszystkim

Prenumerata? Naprawdę warto!

4

Styczeń 2015

Elektronik

Patrząc na reklamy sklepów z elektroniką, jakich wiele pojawia się na początku grudnia nietrudno dostrzec, że kołem zamachowym elektroniki konsumenckiej są dzisiaj smartfony i tablety. Każdy większy producent ma je w ofercie, a ponieważ w praktyce wszystkie są do siebie podobne, konkurencja cenowa powoduje, że rynek na takie produkty szybko traci chłonność. Pytanie, co stanie się kolejnym przebojem rynkowym elektroniki, z pewnością można więc uznać już za aktualne i ważne. Wczytując się w to, co działo się na konferencji ARM Wearables Week, można przypuszczać, że z dużym prawdopodobieństwem będzie to tzw. elektronika noszona (wearable), a więc taką którą ma się na sobie, jak bransoletka lub zegarek. Aktualnie światowy rynek takich produktów wynosi około 6 mld dolarów, w czym zawierają się głównie inteligentne zegarki rozszerzające możliwości smartfonów. Niemniej prognozy IHS mówią o 33 mld dol. obrotów w tym segmencie w 2019 roku, co sugeruje, że na zegarkach się z pewnością nie skończy. Za najbardziej perspektywiczne obszary rozwoju tego sektora uznaje się elektronikę informacyjno-rozrywkową i medyczną. Plany zakładają obłożenie wielu miejsc naszego ciała (głowa, pierś, ręka) sensorami po to, aby monitorować stan zdrowia oraz małymi wyświetlaczami, głośnikami i mikrofonami, aby dostarczać informacji i szeroko rozumianej rozrywki. Aplikacje medyczne kierowane będą głównie do osób starszych oraz tych, którzy uprawiają sport po to, aby monitorować ciśnienie krwi, poziom glukozy, tętno, temperaturę, a nawet automatycznie wzywać pomoc, gdyby osoba nosząca czujnik przewróciła się lub straciła przytomność. Ten obszar aplikacyjny będzie chyba najważniejszy, bo sprzęt medyczny jest zwykle wyraźnie droższy, a więc zapewnia lepsze przychody od konsumenckich gadżetów oraz trafia głównie do osób w podeszłym wieku. Ta grupa w znikomym stopniu kupuje najnowsze smartfony i tablety, dlatego stworzenie grupy produktów skierowanych właśnie pod ich potrzeby ma zdaniem analityków IHS dać możliwość osiągnięcia znacznych przychodów, do tej pory niedostępnych. Z kolei produkty „noszone” z sektora informacyjno-rozrywkowego mają szansę trafić do osób młodych, aktywnych i interesujących się nowościami. Dla nich będą to użyteczne gadżety, często uzupełniające i dopełniające smartfony i inny posiadany już sprzęt. Mimo wielu działań marketingowych i dopiero rodzącego się rynku o sporym potencjale, z pewnością dalekiego od nasycenia, na razie sprzedaż elektroniki noszonej idzie opornie. Badania pokazują, że wiele osób, które skusiło się elektronikę noszoną zwykle korzysta z niej nie dłużej niż pół roku. Po tym okresie przychodzi zmęczenie ciągłym ładowaniem, ograniczoną funkcjonalnością i niedopracowaniem wymagającym od użytkownika ciągłego nadzoru (baterii, transmisji). Większość z takich gadżetów trafia wtedy na dno szuflady, bo okazuje się, że korzyści jest niewiele, a obowiązków dużo. Z uwagi na takie ograniczenia rynek elektroniki noszonej będzie wymagał wielu nowych technologii, które przede wszystkim muszą uwolnić od problemów z zasilaniem. Bez tego nie ma szans na rozwój, stąd wielkie fi rmy szykują sporo premier. Przykładem może być Intel, który zamierza ostro wejść na rynek elektroniki noszonej proponując do niej nowe procesory o nazwie Quark oraz zmodernizowane znane układy z rodziny Core, które będą produkowane w technologiach 10 nm już w 2015 roku i 7 nm dwa lata później. Zdaniem Intela nowe technologie pozwolą zaoferować procesory o wydajności obecnego Core i7 pobierające 5 W TDP, a więc aż 15-krotnie mniej niż teraz. Intel zawsze powtarzał, że będzie się bronił za pomocą przełomowych nowości i chyba właśnie zamierza przystąpić do zdecydowanego działania. Mimo, że elektronika noszona wydaje się z punktu widzenia elektroniki specjalistycznej czymś odległym, wiele rozwiązań, jakie zostaną tam wypracowane szybko trafi też do sprzętu profesjonalnego. Z technologicznego starcia Intela i ARM-a oraz aplikacji elektroniki noszonej my jako branża profesjonalna możemy tylko zyskać i to bardzo dużo. Robert Magdziak

W numerze

24

13

Narzędzia i zestawy startowe dla mikrokontrolerów, oprogramowanie EDA – liczne nowości napędzają rynek Zestawy projektowe, narzędzia dla konstruktorów, płytki ewaluacyjne, starter-kity oraz oprogramowanie to produkty, które stały się niezbędne i bardzo popularne. Przyglądamy się tym produktom, analizując wszystkie ważne zjawiska i trendy kształtujące rynek.

DMASS zapowiedziało wzrost rynku dystrybucji w 2014 r. w Europie o 6–7% Rynek dystrybucji półprzewodników w Europie w 2014 r. wzrośnie o 6 do 7% w skali roku, zapowiedziało branżowe stowarzyszenie dystrybutorów i producentów DMASS. Zdrowy wzrost w 2014 r. nastąpił po dwóch trudnych latach. Suma zyskana z dystrybucji w całym roku ma być niewiele niższa niż w rekordowym roku 2011.

OD REDAKCJI

4

Noszona elektronika przyda się wszystkim

GOSPODARKA

53 Sposoby pomiaru prądu pobieranego z zasilaczy Zasilacz i obwody dystrybucji energii zasilającej jest bardzo ważnym podzespołem każdego urządzenia elektronicznego. W artykule pokazujemy jak efektywnie zrealizować obwody pomiaru prądu dla wielu wariantów układowych.

8 13

Aktualności

16

Rynek pracy inżynierów w 2014 roku – porównaj swoje zarobki z tym jak płacą w USA

18

Coraz więcej urządzeń komercyjnych bazuje na projektach open source

23

Światowy rynek mikrofonów MEMS czeka duży wzrost

DMASS zapowiedziało wzrost rynku dystrybucji w 2014 r. w Europie o 6–7%

WYWIAD MIESIĄCA

20

62

RAPORT

24

Jak wbudowywanie podzespołów zmienia technikę montażu PCB? Rozszerzenie funkcjonalności urządzeń elektronicznych przy zachowaniu ich kompaktowości wymaga zastosowania niestandardowych metod, pozwalających większą liczbę komponentów zamontować na mniejszej powierzchni. Przykład to wbudowywanie podzespołów w strukturę płytki drukowanej.

6

Styczeń 2015

Zwiększamy potencjał produkcyjny firmy o dwie nowe hale i szukamy nowych zleceń zagranicznych, mówi Andrzej Talarek, prezes zarządu firmy InterPhone Service

Elektronik

Narzędzia i zestawy startowe dla mikrokontrolerów, oprogramowanie EDA – liczne nowości napędzają rynek

DODAJ DO ULUBIONYCH

44

Codebender – programowanie Arduino w przeglądarce

16 Rynek pracy inżynierów w 2014 roku – porównaj swoje zarobki z tym jak płacą w USA Z przeprowadzonej ankiety wśród inżynierów w USA na temat wynagrodzeń i satysfakcji z pracy wynika, że generalnie przeważają nastroje optymistyczne. Amerykańscy inżynierowie w większości uważają, że są opłacani uczciwie, są zadowoleni z zajmowanych stanowisk, a wykonywana praca spełnia ich oczekiwana.

TECHNIKA

46

Pomiar wielkości nieelektrycznych – mierniki temperatury i wilgotności

48

Postęp w wyświetlaczach OLED na przykładzie firmy Winstar

50

Co nowego w programie Altium Designer 15?

53

Sposoby pomiaru prądu pobieranego z zasilaczy

60

Uruchomienie własnej linii produkcyjnej nigdy nie było tak proste

62

Jak wbudowywanie podzespołów zmienia technikę montażu PCB?

64

Oscyloskopy klasy popularnej z pojemnościowym ekranem dotykowym i wyzwalaniem Zone Trigger

NOWE PODZESPOŁY

67

Aparatura pomiarowa 72 – Optoelektronika 72 – Komunikacja 75 – Podzespoły czynne 78 – Mikrokontrolery 80 – Elementy pasywne 83 – Moduły i komputery 85 – Sprzęt i narzędzia 85 – Przetworniki i sensory 90 – Układy zasilania 95 – Elementy elektromechaniczne

Aktualności EAE Elektronik doceniony za warunki pracy W cyklicznym konkursie pod nazwą „Pracodawca – organizator pracy bezpiecznej” Państwowej Inspekcji Pracy firma EAE Elektronik zwyciężyła w kategorii podkarpackich zakładów pracy, z liczbą zatrudnionych do 50 osób. Konkurs promuje najlepsze praktyki w zakresie poprawy bezpieczeństwa oraz dopinguje pracodawców do eliminacji zagrożeń w zakładach pracy. Jego laureatami zostają pracodawcy dbający o systematyczną poprawę BHP i przestrzeganie prawa pracy. EAE Elektronik ma na swoim koncie już niejedno wyróżnienie, w tym zdobytą niedawno Podkarpacką Nagrodę Gospodarczą. Firma bierze udział w wielu prestiżowych konkursach, takich jak Przedsiębiorstwo Fair Play, Lider Biznesu Podkarpackiego Trójmiasta i innych.

Paweł Patała, prezes EAE Elektronik

Conrad współpracuje z firmą Flir Conrad Business Supplies nawiązał współpracę z firmą Flir Systems, znanym producentem aparatury pomiarowej głównie do bezkontaktowego pomiaru temperatury, pomiaru wilgotności a także multimetrów i mierników cęgowych. Produkty FLIR znajdują zastosowanie w wielu różnych branżach i sektorach, m.in. w elektryce i mechanice oraz diagnostyce budynków. Firma dysponuje 50-letnim doświadczeniem w projektowaniu i opracowywaniu narzędzi, które łączą zaawansowaną technologię z solidnością, co pozwala je stosować w najbardziej wymagających i nieprzewidywalnych warunkach.

Farnell element14 nawiązuje współpracę z firmą Altium Na zakończonych niedawno targach Electronica w Monachium Farnell element14 – katalogowy dostawca podzespołów elektronicznych i komponentów automatyki, poinformował, że podpisał globalną umowę dystrybucyjną z fi rmą Altium, producentem m.in. znanego i cenionego na rynku oprogramowania EDA do projektowania elektroniki. Farnell będzie sprzedawał oprogramowanie Circuit Studio PCB o funkcjonalności komplementarnej do programu Eagle, popularnego budżetowego oprogramowania do projektowania płytek drukowanych. W ten sposób w ofercie Farnella będą dwa pakiety: podstawowy (Eagle) i bardziej zaawansowany Circuit Studio PCB, które będzie można niedługo pobrać i kupić online z witryny element14 Design Center. Co więcej, użytkownicy Eagle będą mogli dokonać upgrade'u posiadanej licencji Eagle na program o większych możliwościach. Circuit Studio PCB będzie dostępny na początku 2015 roku. Współpraca Farnella z Altium to z pewnością śmiały krok biznesowy wytyczający kierunek rozwoju dla całej reszty dystrybutorów katalogowych, z których każda fi rma ma jakieś oprogramowanie do tworzenia PCB. Jest to też kolejna próba coraz większej integracji procesu projektowania z zaopatrzeniem i zacieśniania kontaktów między dostawcą komponentów a inżynierem projektantem.

Radmor dostarczy środki łączności do Bangladeszu Radmor podpisał kontrakt z Republiką Bangladeszu na dostawę środków łączności. Dotyczy on 188 radiostacji osobistych R35010 wraz z akcesoriami oraz 800 odbiorników GPS. Dostarczone radiostacje i odbiorniki GPS są jednymi z elementów podstawowego wyposażenia żołnierzy uczestniczących w misjach pokojowych prowadzonych pod egidą

Liczniki elektroniczne szansą na załatanie dziury po rynku rosyjskim Z uwagi na sytuację polityczną rosyjski rynek nie jest już motorem napędzającym obroty takich firm, jak Apator, Aplisens czy Sonel. Spadki sprzedaży w tamtym rejonie sięgnęły w trzecim kwartale 2014 nawet 40% w przypadku Sonela. Spółki te szukają intensywnie nowych rynków zbytu, które pomogą zrównoważyć słabnący popyt wśród rosyjskich klientów. W pierwszej połowie 2014 r. ta taktyka poskutkowała, ale nie wiadomo, jak będzie dalej, bo sytuacja na wschodzie jest bowiem wciąż mocno nieprzewidywalna. Jednym z obszarów, gdzie mogą pojawić się wzrosty, są nadchodzące przetargi na dostawy elektronicznych liczników energii elektrycznej, będących pierwszym etapem w rozwoju rynku smartmeteringu.

8

Styczeń 2015

Elektronik

Organizacji Narodów Zjednoczonych. W ramach współpracy z Centralną Składnicą Uzbrojenia (Central Ordnance Depot) Radmor w listopadzie przeprowadził w Dhace szkolenie z obsługi i serwisowania radiostacji oraz obsługi odbiorników GPS (patrz zdjęcie).

Czy Twój projekt wymaga wydajnego 32-bitowego mikrokontrolera z dużą pamięcią wewnętrzną, zwartego kodu? Układy PIC32MZ zapewniają wydajność 330 DMIPS i 654 CoreMarks™

Nowe 32-bitowe mikrokontrolery PIC32MZ firmy Microchip zapewniają wysoką wydajność przetwarzania oraz o 30% lepszą gęstość kodu. Układy zawierają do 2 MB pamięci Flash typu dual-panel z funkcją live update i 512 KB RAM. Rodzina 32-bitowych mikrokontrolerów PIC32MZ Embedded Connectivity (EC) dzięki dużej wydajności, wysokiej gęstości kodu, a także wyjątkowo dużej ilości wbudowanej pamięci i zaawansowanym układom peryferyjnym, stanowi przełom w funkcjonalności i wydajności zaawansowanych układów embedded. Maksymalnie 2 MB pamięci Flash typu dual-panel i 512 KB RAM zapewniają, że układy PIC32MZ dysponują 4x większą wbudowaną pamięcią niż w innych mikrokontrolerach PIC®, z dodatkowo zaimplementowanym mechanizmem ochrony danych podczas procesu uaktualnienia. Są to także pierwsze mikrokontrolery PIC wykorzystujące rdzeń MIPS microAptiv™ z 159 nowymi rozkazami DSP, pozwalającymi na wykonywanie algorytmów przetwarzających sygnały cyfrowe w do 75% mniejszej liczbie cykli niż w rodzinie układów PIC32MX. Zaawansowane możliwości komunikacyjne zapewniają Hi-Speed USB, 10/100 Ethernet i dwa moduły CAN 2.0b, a także wiele interfejsów UART, SPI/I2S i I2C. Opcjonalna jednostka szyfrująca wraz z generatorem liczb losowych pozwala na bezpieczną komunikację przy dużej wydajności procesu kodowania i dekodowania danych a także autoryzacji.

DOSTĘPNE NARZĘDZIA PROJEKTOWE: Ŷ Kluczowe zestawy startowe PIC32MZ EC Ŷ Płytka Multimedia Expansion Board II Ŷ Moduł plug-in dla Explorer 16 PIC32MZ2048EC

Płytka startowa PIC32MZ Embedded Connectivity (DM320006 lub DM320006-C jednostką szyfrującą crypto engine)

Aby uzyskać więcej informacji odwiedź: www.microchip.com/get/eupic32mz

Nazwa Microchip i logo, loga Microchip oraz PIC są zastrzeżonymi znakami towarowymi firmy Microchip Technolog Incorporated w U.S.A. i innych krajach. Wszystkie pozostałe znaki towarowe są własnością ich odpowiednich właścicieli. © 2013 Microchip Technology Inc. Wszystkie prawa zastrzeżone. DS60001247A. ME1092Pol10.14

Aktualności

WG Electronics przestaje

sprzedawać podzespoły elektroniczne

piać i z pewnością w niedługim czasie uwolniony potencjał firmy skierujemy też na nowe obszary, pozostając w przestrzeni wspomagania projektowania i produkcji elektroniki. Na podanie konkretów w zakresie planów rozwojowych jest oczywiście jeszcze za wcześnie.

Tadeusz Górnicki, prezes WG Electronics

Od 1 stycznia 2015 roku WG Electronics przestał być dystrybutorem podzespołów elektronicznych. Ta część aktywności WG została przeniesiona do fi rmy Computer Controls Polska w Bielsku-Białej. Jednocześnie otworzone zostało drugie biuro Computer Controls w Warszawie, które zajmuje się wyłącznie właśnie sprzedażą komponentów. Ruch ten faktycznie jest przesunięciem kompetencji i pracowników wewnątrz grupy Computer Controls, która działa w krajach Europy Środkowo-Wschodniej. Nie powinien on mieć wpływu na bieżącą obsługę klientów, a w perspektywie zakłada wręcz uporządkowanie kompetencyjne grupy, pełne wykorzystanie jej merytorycznego potencjału i podniesienie poziomu obsługi klientów we wszystkich obszarach aktywności grupy. ❚ Co zmieni się w biznesie firmy wraz z nowym rokiem? Poza podzespołami, które jak widać były prawie dwudziestoletnim, ale jednak epizodem w historii firmy, zajmujemy się, od początku istnienia, wspomaganiem prac inżynierskich w zakresie elektroniki, oferując oprogramowanie i urządzenia opracowane przez siebie lub przez najlepszych w branży. Wydaje się, że jesteśmy bardziej identyfi kowani na rynku jako autoryzowany dystrybutor fi rm KEIL i ARM ze sprzedażą narzędzi projektowych dla mikrokontrolerów a również jako autoryzowany dystrybutor BPM, ELNEC, Algocraft, ALTEC z programatorami wszelkich scalaków i modułów, niż sprzedawca podzespołów. Do tego dochodzą potrzebne w produkcji testery „boundary-scan” fi rmy JTAG, pakowarki i liczarki podzespołów firmy V-Tek i materiały „tape & reel” fi rmy Advantek. Na tych właśnie tematach będziemy się teraz sku-

10

Styczeń 2015

Elektronik

❚ Czy wyjście z biznesu związanego z komponentami to dla Was zła wiadomość? W każdej zmianie trzeba widzieć aspekty pozytywne. Dla nas jest to krok w kierunku uporządkowania merytorycznego i organizacyjnego biznesu oraz poprawy rentowności. Biznes komponentowy staje się coraz trudniejszy. Jest zagarniany przez duże firmy dystrybucyjne działające w skali globalnej. Jest olbrzymia presja na cenę i w wielu obszarach maleje zapotrzebowanie na wartość dodaną ze strony dystrybutora. A ja chcę, aby WG pozostało fi rmą o wysokich kompetencjach technicznych – taką, która do sprzedaży jest w stanie dodać doradztwo techniczne. Chcę, aby klienci przychodzili do nas po rozwiązanie problemu lub zadania, przed którym stoją, a nie tylko po zakup konkretnego towaru. Procesy zachodzące w obszarze dystrybucji podzespołów elektronicznych z tą wizją przynajmniej częściowo się rozmijają. Dla nas będzie lepiej, gdy skoncentrujemy się na zagadnieniach trudniejszych niż, oczywiście upraszczając – symbol, ilość, cena i termin dostawy. Warto też zauważyć, że na skutek procesów globalizacji sprzedaż komponentów staje się mniej zyskowna dla małych fi rm. Działa tutaj mechanizm skali. Wiele inwestycji, jakie trzeba poczynić w budowę sieci sprzedaży w przypadku posiadania zarówno kilku linii produktów, jak i kilkudziesięciu, jest podobna. Stąd zadowalające dochody można mieć tylko przy dużych obrotach. Innymi słowy wyjście ze sprzedaży komponentów wcale nie musi być wiadomością złą, bo relacje pomiędzy wysiłkiem włożonym w sprzedaż a dochodami są dla małych graczy znacznie mniej korzystne niż w bardziej specjalistycznych obszarach. ❚ Jak duży potencjał rozwojowy drzemie w rynku narzędzi projektowych? W tym obszarze bardzo liczą się kompetencje dostawcy, który zwykle musi pokazać klientowi korzyści ekonomiczne i techniczne z inwestycji w narzędzia. Są to produkty skomplikowane, które trzeba dobrać, zainstalować, uruchomić i przeszkolić. Z drugiej strony rynek na takie produkty jest za mały, aby skłonić do poważnych inwestycji duże fi rmy, które nie mają ukierunkowanych na to zasobów ludzkich. My mamy – tu na miejscu w kraju mamy wymagane certyfi katy kompetencyjne, a potencjał rozwojowy wynika z tego, co dzieje się z mikrokontrolerami – czy jest obszar układów scalonych rozwijający się bardziej dynamicznie?

STM32NUCLEO WRSODWIRUPDRIHUXMÈFDRJURP PRĝOLZRĂFLHODVW\F]QRĂFLPRF\REOLF]HQLRZHM

Nowa rodzina tanich zestawów startowych, kompatybilnych z systemem Arduino, Z\SRVDĝRQ\FKZPLNURNRQWUROHU\670ZREXGRZDFK/4)3]UG]HQLDPL&RUWH[0 &RUWH[0&RUWH[0L&RUWH[0) 'RVWÚSQHPRGXï\HNVSDQGHUöZIXQNFMRQDOQ\FK1)&%OXHWRRWKVWHURZQLNVLOQLNDNURNRZHJR  ]SU]\NïDGRZ\PLDSOLNDFMDPL

ZZZVWFRPVWPQXFOHR

Aktualności

| Wydarzenia

Kalendarium 2015 Wydarzenia krajowe 12–13.02, Kraków, Mobile-IT – targi rozwiązań i technologii mobilnych 3–5.03, Sosnowiec, LASERexpo – targi techniki laserowej 5–6.03, Kielce, Enex – targi energetyki i elektrotechniki 10–12.03, Kielce, Control-Stom – targi przemysłowej techniki pomiarowej 17–20.03, Warszawa, Automaticon – targi automatyki i pomiarów 18–20.03, Warszawa, EuroLab – targi sprzętu pomiarowego 25–27.03, Warszawa, Światło – targi sprzętu oświetleniowego

ZigBee zapowiada jeden wspólny standard 3.0 dla wielu rodzajów urządzeń ZigBee Alliance konsoliduje specyfi kacje sieci bezprzewodowych i zapowiada jeden standard 3.0 z sześcioma obszarami aplikacji, wychodząc naprzeciw oczekiwanym na rynku konkurencyjnym technologiom sieci opartym na standardzie IP. Inicjatywa ZigBee umożliwi stosunkowo łatwe podpinanie wielu urządzeń, w tym automatyki domowej, do jednej sieci. Firma chce w ten sposób uprościć znajdowanie przez użytkowników produktów ZigBee dostosowanych do dostępnych na rynku urządzeń, jednocześnie wymagając od dostawców komponentów przejścia bar-

Imprezy zagraniczne 14–16.01, Norymberga (Niemcy), Eltec – targi energoelektroniki 3–6.02, Mińsk (Białoruś), Electrotech. Light – targi elektrotechniki, oświetlenia i systemów zasilających 24–26.02, Norymberga (Niemcy), Embedded World – targi technologii systemów wbudowanych 3–5.03, Monachium (Niemcy), Lopec – targi i konferencja poświęcone technologii drukowanej elektroniki 9–11.03, Düsseldorf (Niemcy), Energy Storage – targi magazynowania energii ze źródeł odnawialnych 11–12.03, Kopenhaga (Dania), Smart Systems Integration – targi technologii MEMS, NEMS i układów półprzewodnikowych 11–13.03, Salzburg (Austria), Power Days – targi elektrotechniki 16–20.03, Hanower (Niemcy), CeBIT 2015 – targi technologii informatycznych i telekomunikacyjnych 23–25.03, Bukareszt (Rumunia), ExpoRenevEnergy – targi technologii odnawialnych 24–26.03, Moskwa (Rosja), New Electronics – targi komponentów i systemów zasilania 24–27.03, Brno (Czechy), Amper – targi elektroniki i elektrotechniki 24–26.03, Moskwa (Rosja), EXPO Electronica – targi komponentów, urządzeń i materiałów dla przemysłu elektronicznego 24–26.03, Stuttgart (Niemcy), EMV – targi, konferencja i warsztaty poświęcone zagadnieniom EMC

Warsztaty, szkolenia, seminaria 12–16.01 Warszawa, Linux w Systemach Embedded, Bis 9–13.02 Włocławek, Kontrola ekologicznego montażu wiązek kablowych wraz z zajęciami praktycznymi z lutowania bezołowiowego, Renex 16–18.02 Włocławek, Kryteria oceny płyt drukowanych stosowanych w ekologicznym montażu elektronicznym, Renex Więcej na www.elektronikab2b.pl/kalendarium Redakcja nie ponosi odpowiedzialności za zmianę ww. terminów. Zgłaszanie wydarzeń: [email protected]

12

Styczeń 2015

Elektronik

Rys. 1. Łączne dostawy urządzeń opartych na standardzie 802.15.4 w 2014 r. według ABI Research

Rys. 2. Prognoza łącznych dostaw urządzeń opartych na standardzie 802.15.4 na 2019 r. według ABI Research

dziej rygorystycznego procesu certyfi kacji. ZigBee Alliance planuje rozpoczęcie zatwierdzania certyfi kacji standardu 3.0 jesienią 2015 r. Do nowej specyfi kacji dostosowane będą urządzenia z obszarów automatyki domowej i budynkowej, oświetlenia LED, opieki zdrowotnej, sprzedaży detalicznej oraz inteligentnego opomiarowania. Oparta na standardzie IEEE 802.15.4 specyfi kacja ZigBee w wersji 1.0 powstała w 2004 r. Wówczas wiele sieci bezprzewodowych było przeznaczonych dla środowisk jednostkowych, takich jak zaopatrzenie w media czy opieka zdrowotna, w związku z czym dla technologii tworzonych było wiele profili, w zależności od środowiska czy rodzaju instalacji, od profesjonalnej po amatorską. Ograniczona też była liczba właściwości układów, również z uwagi na drogą i niewielką pamięć 8-bitowych systemów embedded. Według Ryana Maleya z ZigBee Alliance w wielu przypadkach powstawały odrębne sieci dla różnych aplikacji. Przykładowo w jednym domu krzyżowały się odrębne sieci ZigBee dla takich zastosowań jak oświetlenie, sterowanie energią czy urządzenia medyczne – mogły się one łączyć ze sobą wyłącznie za pośrednictwem modułów typu bridge lub przez chmurę. Przy zapowiadanej unifi kacji ZigBee, ten jeden standard wystarczy dla wielu urządzeń, co może mieć szczególne znaczenie w rozwoju IoT. Obecnie jedną z szybko rozwijających się konkurencyjnych wobec ZigBee sieci jest standard 6LoWPAN oparty na protokole IP, inna to choćby CSRmesh wykorzystująca standard Bluetooth.

Gospodarka

DMASS zapowiedziało

wzrost rynku dystrybucji w 2014 r. w Europie o 6–7%

R

ynek dystrybucji półprzewodników w Europie w 2014 r. wzrósł o 6 do 7% w skali roku, zapowiedziało branżowe stowarzyszenie dystrybutorów i producentów DMASS. Sprzedaż na tym rynku w III kw. wzrosła o 7,3% i wyniosła 1,57 mld euro. Zmiana kwartalna w poszczególnych regionach wahała się od dwucyfrowych spadków do dwucyfrowych wzrostów. Przewidywania DMASS ugruntował wzrost obrotów osiągnięty przez dystrybutorów w III kw. na poziomie 7,3%. Zdrowy wzrost w 2014 r. nastąpił po dwóch trudnych latach dla branży w Europie. Wartość dystrybucji półprzewodników w okresie pierwszych 9 miesięcy roku wyniosła 4,8 mld euro. Suma zyskana z dystrybucji w całym roku ma być niewiele niższa niż w rekordowym pod tym względem roku 2011. W perspektywie regionalnej w III kw. spadek obrotów wystąpił tylko w obszarze krajów skandynawskich, Beneluksu i Szwajcarii, a wzrost poniżej średniego był notowany we Francji i Włoszech. Znaczne wzrosty wystąpiły w Turcji, Rosji, Wielkiej Brytanii, Hiszpanii, Austrii, Izraelu i Niemczech. Sprzedaż układów przez dystrybutorów wyniosła w Niemczech 510 mln euro, w Europie Wschodniej 177 mln euro, w krajach

skandynawskich 146 mln euro, we Włoszech 136 mln euro, Wielkiej Brytanii 135 mln euro i we Francji 121 mln euro. Wzrost sprzedaży w okresie pierwszych trzech kwartałów roku według DMASS największy, bo aż 32-procentowy, był w Niemczech, następnie w Europie Wschodniej – o 11,2%, we Włoszech o 9,8%, w krajach skandynawskich o 9%, w Wielkiej Brytanii o 8,5% i we Francji o 7,7%. Według stowarzyszenia cechą szczególną okresu pierwszych dziewięciu miesięcy roku była redukcja zdolności produkcyjnej w krajach skandynawskich na rzecz krajów Europy Środkowo-Wschodniej oraz Dalekiego Wschodu. Skutki sankcji nałożonych na Rosję w III kw. jeszcze się nie uwidoczniły. Komentując perspektywy rozwoju rynku w Europie, prezes DMASS Georg Steinberger stwierdził: „Generalnie, biorąc pod uwagę aktualną sytuację makroekonomiczną Europy, prognoza na rok 2015 może być jedynie umiarkowana. Europejczycy zbyt często mają tendencję do oceny, że szklanka jest do połowy pełna. Mimo wszystko zachowajmy nadzieję, że rok 2015 przyniesie branży kilka miłych niespodzianek”. W rozbiciu na grupy produktów, pod względem wzrostu najlepiej w III kw. wypadła optoelektronika, których dys-

Rys. 1. Obroty kwartalne dystrybutorów w Europie w mln euro (źródło: DMASS, okres: lata 2012–2014)

trybucja zwiększyła się o 15,7%, do 165 mln euro. Sprzedaż w tej grupie napędzały głównie diody LED. Kolejnym dobrym segmentem okazały się elementy dyskretne, rosnąc o 15,1% do 91 mln euro, następnie układy analogowe, ze wzrostem o 10,1%, do 459 mln euro. Dalej znalazły się układy logiczne związane z mikrokomputerami (MOS Micro) ze wzrostem sprzedaży o 5,5%, do 322 mln euro, pamięci – 2,8%, do 119 mln euro. Dystrybucja układów programowalnych pozostała na tym samym co w poprzednim kwartale poziomie 124 mln euro, a innych układów logicznych, takich jak ASIC i specjalizowane zmalała o 10,5%, wynosząc 71 mln euro, wynika z analiz DMASS. Stowarzyszenie DMASS podsumowało, że jasnymi obszarami wzrostu w minionych trzech kwartałach były diody LED, pamięci typu Flash, wydajne mikrokontrolery i układy analogowe. Ponadto istotnym czynnikiem na rynku jest pionowa integracja fi rm i kanałów dostaw i ma ona większe znaczenie niż znany z przeszłości szeroki model dystrybucji. Liczą się także profesjonalna wiedza i kompetencje dystrybutorów w zakresie oferowanych systemów, bo dzięki nim są oni w stanie rozsądnie doradzać, pomagając klientom przy zakupach. (MT)

Elektronik

Styczeń 2015

13

Aktualności MPL Power Elektro szybko rozbudowuje asortyment produktów Delta Power Gliwicka firma MPL Power Elektro, znana na rynku od wielu lat z dystrybucji zasilaczy firmy MeanWell, po zmianie sieci dystrybucyjnej swoją aktywność zaczęła kierować w stronę dystrybucji produktów zasilających innego tajwańskiego producenta – Delta Systems. W sprzedaży pojawiły się już popularne zasilacze Delty, teraz gliwicka spółka wprowadza wentylatory przemysłowe Delta Fan oraz przeciwzakłóceniowe filtry sieciowe.

Technologia Imagination i Nvidii zazębia się w obszarze klastrów CPU/GPU Imagination Technology stawia na rozwój technologii łączącej wielordzeniowe procesory MIPS z całą plejadą procesorów graficznych PowerVR. Ma to umożliwić klientom zaopatrującym się u Imagination w bloki IP budowanie układów konkurencyjnych wobec wydajnych procesorów Nvidii projektowanych w architekturach CUDA, Kepler i Maxwell. Wraz z najnowszymi rdzeniami Imagination rozwija zaawansowaną technologię komunikacji między komponentami wewnątrz SoC, łączącą liczne rdzenie GPU z MIPS. Nowy procesor aplikacyjny MIPS Warrior i6400 jest zaprojektowany jako pojedynczy rdzeń, może pracować w klastrach sześciu rdzeni, ale także klastrach nawet setek rdzeni. Układy graficzne PowerVR firmy, m.in. serie SGX, Rouge i nowsze, są integrowane z takimi SOC jak A8 Apple’a, OMAP 3 i 4 TI czy Exynos Samsunga. Z kolei wprowadzony niedawno przez Nvidię SoC Kepler K1 składa się z 192 rdze-

ni graficznych i czterech Corteksów-A15 ARM. Obie firmy integrują więc liczne rdzenie graficzne z procesorami aplikacyjnymi. Podstawowa różnica pomiędzy Imagination a Nvidią polega na tym, że brytyjska firma to dostawca bloków IP gotowy do współpracy z każdym, kto chce rozwijać np. klastry CPU/ GPU. Nvidia, z kolei dostarcza na rynek wysokiej klasy półprzewodniki, ale w postaci już wytworzonych produktów finalnych. Przedstawiciele Imagination zapewniają, że chętnie nawiążą współpracę z Nvidią pomagając jej optymalizować produkty. Imagination zamierza skupić się na tworzeniu wielordzeniowych klastrów z GPU o dużej mocy obliczeniowej, zapewniając spójne współdziałanie rdzeni graficznych z CPU.

14

Styczeń 2015

Elektronik

Chiny i Stany Zjednoczone podpisały wstępną umowę o zniesieniu ceł na półprzewodniki Negocjacje handlowe pomiędzy Chinami i USA zakończyły się w listopadzie podpisaniem wstępnego porozumienia o obustronnym zniesieniu ceł na produkty zaawansowane technologicznie. Może to oznaczać oszczędności powyżej biliona dolarów w obustronnej wymianie handlowej w dziedzinie zaawansowanych technologii. Umowa wymaga zatwierdzenia przez Światową Organizację Handlu. Porozumienie pozwoli wyeliminować cła w ponad 200 grupach produktów, takich jak sprzęt medyczny, urządzenia GPS, konsole gier wideo, oprogramowanie komputerowe oraz półprzewodniki następnej generacji. Przykładowe cła wynosiły od 30% w przypadku pamięci SSD i konsol gier do 8% na urządzenia do obrazowania rezonansem magnetycznym i tomografy komputerowe. Zdaniem przedstawicieli organizacji branżowej SIA podpisana umowa ma przełomowe znaczenie dla amerykańskiej branży półprzewodnikowej i jest ważna dla całej gospodarki USA.

Maritex dystrybutorem RuggON Maritex wprowadza do oferty wytrzymałe tablety przemysłowe i mobilne komputery panelowe firmy RuggON. W ofercie można znaleźć tablety o przekątnych ekranu od 7” do 10,4” oparte na platformie Windows lub Android. Każdy z dostępnych modeli może pracować w temperaturach od –20 do +50°C, ma wodoszczelną i pyłoszczelną obudowę oraz jest odporny na upadki.

TI otwiera w Chengdu linię tworzenia połączeń typu bumping w półprzewodnikach Texas Instruments ogłosił rozszerzenie działalności produkcyjnej w Chengdu w Chinach o proces tworzenia pionowych połączeń wewnętrznych za pomocą tzw. bumps – czyli guzków – na płytkach półprzewodnikowych o średnicy 300 mm przed ich podziałem na pojedyncze chipy. Rozpoczęcie procesu produkcyjnego jest odpowiedzią na zapotrzebowanie klientów i dodatkowo zwiększa zdolność wytwórczą TI w zakresie układów analogowych na płytkach 300 mm. Połączenia wewnętrzne tworzone przez bumping są wykorzystywane w spiętrzaniu układów i technologii TSV, a także flip-chip. Połączenia te coraz częściej zastępują konwencjonalną metodę łączenia drutowego (wire bonding). TI wykorzystuje technologię bumpingu w prawie 40% swojej fabrycznej produkcji półprzewodników. Uruchomienie nowej linii zbiegło się w czasie z otwarciem w Chinach przez TI już siódmego z kolei zakładu montażu i testowania układów. Zakład ten, o powierzchni 33,3 tysięcy metrów kwadratowych, TI kupił w grudniu 2013 r. od UTAC Chengdu Ltd. Są w nim obecnie montowane chipy w obudowach QFN.

Aktualności Vigo System udanie zadebiutował na warszawskiej GPW

Drukarki 3D w ofertach dystrybutorów katalogowych

Akcje spółki Vigo System, znanego krajowego producenta detektorów promieniowania podczerwonego, istniejącego na rynku od 27 lat, pojawiły się na warszawskiej giełdzie. Debiut na giełdzie to nowa karta w historii spółki i szansa na pozyskanie kapitału na rozwój fi rmy pod kątem planów modernizacji polskiej armii, które w latach 2015–2022 mają pochłonąć aż 41 mld zł. Firma sprzedaje też urzą- Prezes Vigo System Mirosław Grudzień dzenia do sektora kolejowego (tu liczy na ekspansję na rynkach chińskim i USA), medycznego czy ochrony środowiska. Vigo System pozyskał z emisji 6,3 mln zł brutto, oferta publiczna obejmowała też część starych akcji, które zostały sprzedane za 59,4 mln zł. Pod koniec I kwartału 2015 r. Vigo zamknie wartą 11 mln zł inwestycję w rozbudowę laboratorium.

Drukarki 3D coraz częściej i liczniej pojawiają się w ofertach katalogowych dystrybutorów elektroniki. Ostatnio RS Components rozpoczął sprzedaż kompletnego zestawu do montażu drukarki drugiej generacji RepRapPro Ormerod 2, która bazuje na rozwiązaniach sprzętowych open-source o dużej wydajności i pozwala na drukowanie projektów z darmowego oprogramowania 3D DesignSpark Mechanical. Drukowanie 3D umożliwia inżynierom z branży elektronicznej i mechanicznej szybką i łatwą realizację początkowych koncepcji projektowych dzięki szybszemu tworzeniu prototypów, co pozwala skrócić cykl projektowy produktu nawet o kilka miesięcy. Stąd zainteresowanie jest duże, asortyment tych urządzeń szybko się zwiększa, a ceny maleją. Drukarka Ormerod 2 ma przestrzeń roboczą i szybkość druku odpowiednio 200×200×200 mm i 1800 mm/min, współczynnik osadzania 33 cm 3 na godzinę, dokładność i rozdzielczość warstwy odpowiednio 0,1 mm i 0,01 mm, możliwość drukowania z wykorzystaniem materiałów termoplastycznych PLA lub ABS. Oprogramowanie typu open-source jest w pełni kompatybilne z oryginalną drukarką Ormerod i można je uruchomić na stosunkowo mało wydajnym komputerze z systemem Windows, Linux/Ubuntu lub Mac OS.

Zestawy projektowe są coraz ważniejsze dla konstruktorów elektroniki Czterech na pięciu inżynierów wykorzystuje gotowe zestawy rozwojowe w pracach projektowych, wynika z badania przeprowadzonego wśród 244 inżynierów na zlecenie portalu element14. Zestawy rozwojowe stały się niezbędnym elementem wykorzystywanym w procesie przekształcania pomysłów w gotowe urządzenia, gdyż 79% inżynierów wykorzystuje w fi nalnych wersjach opracowywanych przez siebie produktów część lub całość rozwiązań zaczerpniętych z zestawów rozwojowych. Oznacza to, że nie są one wykorzystywane już tylko na etapie prototypowania i testowania. Ponadto 3/4 respondentów przyznaje, że zestawy rozwojowe odgrywają kluczową rolę we wprowadzaniu innowacji i skracaniu czasu opracowywania nowych produktów. 77% inżynierów regularnie sprawdza, czy do podzespołu, którego użycie rozważają, jest dostępny zestaw rozwojowy, zaś niemal połowa (44%) przyznaje, że bez zestawu nie byłaby w stanie wykonać swojej pracy. Niemal trzy czwarte (74%) respondentów twierdzi, że aktywnie korzysta w pracy z zestawów rozwojowych po to, aby być na bieżąco z nowymi technologiami, zaś 89% wykorzystuje je w swoich eksperymentach z nowymi systemami. Niewątpliwie jest to dowód, jak ważne dla konstruktorów są płytki ewaluacyjne, starter kity i zestawy uruchomieniowe i znak na przyszłość dla dystrybutorów, gdzie można szukać źródeł wzrostu biznesu.

Apator sprzedał gazomierze do Indii za 31 mln zł Apator Metrix, spółka z grupy Apator, od stycznia do października 2014 r. dokonała sprzedaży gazomierzy fi rmie Secure Meters Limited z siedzibą w Udaipur w Indiach o łącznej wartości 31 mln zł. Podstawą zrealizowanych zamówień jest zawarta w październiku 2012 r. umowa o współpracy pomiędzy Apator Metrix a Secure Meters w zakresie rozwoju, produkcji i sprzedaży gazomierzy spełniających kryteria inteligentnego opomiarowania. Jednocześnie Apator Metrix w okresie od stycznia do października br. dokonał zakupów od spółki Secure Meters elektronicznych liczydeł do gazomierzy, których łączna wartość wyniosła 13,79 mln zł. Umowa o współpracy nie określa wartości przedmiotu umowy, a jej realizacja odbywa się poprzez składane na bieżąco zamówienia określające ilości i ceny zamawianych produktów. Umowa wygaśnie najpóźniej w dniu 31 grudnia 2021 r.

Elektronik

Styczeń 2015

15

Gospodarka

Rynek pracy inżynierów w 2014 roku – porównaj swoje zarobki z tym jak płacą w USA

Kondycja gospodarki Stanów Zjednoczonych jest lepsza niż europejskiej, w II i III kw. ubiegłego roku gospodarka amerykańska rosła w przedziale od 4,6 do 3,5%, podczas gdy w Europie oscylowała lekko powyżej zera i dlatego formalnie nie mówiliśmy o recesji. Z kolei w II kw. 2014 r. w USA przybyło 38 tysięcy miejsc pracy dla inżynierów, a poziom bezrobocia w tej grupie spadł do 1,6%, najniżej od 2007 r. Niemniej nadal utrzymuje się presja zlecania zamówień firmom zagranicznym, najczęściej na wciąż tanim Dalekim Wschodzie.

Z

przeprowadzonej przez serwis Electronic Design ankiety wśród inżynierów w USA na temat wynagrodzeń i satysfakcji z pracy wynika, że generalnie przeważają nastroje optymistyczne. Amerykańscy inżynierowie w większości uważają, że są opłacani uczciwie, są zadowoleni z zajmowanych stanowisk, a wykonywana praca spełnia ich oczekiwana i kwalifi kacje, pozwalając na właściwe zaangażowanie zawodowe. Niespecjalnie obawiają się też utraty pracy. Średnie wynagrodzenie inżynierów za oceanem wzrosło w 2014 r. o 1,3%. Kwestie, które ich zdaniem wymagają poprawy lub pozostawiają nadal wiele do życzenia, to warunki pracy, krót-

16

Styczeń 2015

Elektronik

kowzroczne zarządzanie oraz nieadekwatne wsparcie przez pracodawców możliwości ciągłego kształcenia, niezbędnego w szybko zmieniającym się świecie. W kwestii offshoringu, a więc zlecania produkcji do innych krajów, środowisko inżynierów w USA jest mocno podzielone, wielu z nich znaczny wymiar tego procesu uważa za niepotrzebny i długofalowo zgubny dla amerykańskiego przemysłu. Wiadomo też, że przenoszenie produkcji w rejony geograficzne o niskich kosztach wytwarzania skutkuje tym, że ubywa miejsc pracy w samych Stanach Zjednoczonych. Na tle całości gospodarki targanej ostatnio różnymi niepokojami makroekonomicznymi zatrudnienie w branży inżynieryjnej wypada znacznie

Gospodarka lepiej niż w innych zawodach. Pozytywne dane z II i III kw. na amerykańskim rynku następują jednak po marnym I kw., kiedy gospodarka się kurczyła, a liczba miejsc pracy dla inżynierów zmalała o 55 tysięcy, podwyższając w tym okresie sektorowe bezrobocie do 2,1%, wynika z danych amerykańskiego urzędu statystyki pracy. Przeprowadzona wśród inżynierów pod koniec roku ankieta potwierdza jednak umiarkowany optymizm środowiska. Tylko 11% ankietowanych spodziewa się na rok obecny redukcji kadry, natomiast 31% oczekuje, że zatrudnienie inżynierów wzrośnie. Ponad połowa badanych stwierdziła, że kontaktowali się z nimi przedstawiciele agencji rekrutacyjnych, co potwierdza dużą dynamikę w branży oraz to, że fi rmy cenią i poszukują pracowników z dobrymi kwalifi kacjami i doświadczeniem.

Praca i płaca Z drugiej strony, choć płace zatrudnionych rosną w miarę regularnie, ma to swoje konsekwencje w wymaganiach pracodawców, którzy chcą mieć pewność, że otrzymują od kadr inżynieryjnych dokładnie to, czego fi rma potrzebuje. Wynagrodzenie jest często uzależniane od określania przez pracowników celów i osiągnięć. Często pensja podstawowa to jedynie 60% wynagrodzenia, a pozostała jego część zależy od efektów pracy. Ze względu na oczekiwania wydajności inżynierowie muszą ciężko i długo pracować, aby sprostać wymaganiom. Statystyczna długość pracy to 55 i pół godziny na tydzień – zazwyczaj 40 godzin w biurze oraz dodatkowo w domu, w odpowiedzi na konkretne potrzeby i/lub w innych lokalizacjach. Według jednego z ankietowanych „oczekuje się pracy powyżej 50 godzin tygodniowo bez dodatkowej zapłaty, nawet jeśli realizacja projektu przebiega terminowo. Takim wymaganiom trzeba podołać, jeśli liczy się na awans do kierownictwa wyższego szczebla”. W opinii innych respondentów, wynagrodzenia rosną wolniej niż poziom inflacji. Niemniej, chociaż obserwowana jest pewna stagnacja w zarobkach inżynierów, patrzą oni z optymizmem na swój fach. Dzieje się tak m.in. dlatego że, jak twierdzi wielu z nich, na inżynierów generalnie zawsze jest zapotrzebowanie. Często stosowaną w tym zawodzie praktyką, pomimo uzyskiwania dobrych zarobków, jest zmiana pracy, aby zarabiać jeszcze lepiej. Jak stwierdził jeden z ankietowanych: „Z fi nansowego punktu widzenia, status inżyniera zapewnia komfortowy styl życia klasy średniej, czyli więcej niż najczęściej może uzyskać absolwent o wykształceniu humanistycznym, nauczyciel, czy też w przypadku większości innych kierunków studiów”.

Średnie wynagrodzenia inżynierów w USA w zależności od wykształcenia (w tys. dol., źródło: Electronic Design) Rodzaj wykształcenia Pensja podstawowa Wynagrodzenie całkowite Stopień doktora 115,8 127,1 Magister inżynier (Master) 104,8 113,6 Licencjat i dalsze studia/kursy 98,6 107,5 Licencjat (Bachelor) 93,5 101,9 Szkoła średnia lub mniej 89,1 96,3 Szkoła zawodowa 77,0 84,1 Dyplomowany specjalista 71,3 77,3

spodarcze czy nawet brak tak szybkiego wzrostu, jaki występuje w innych rejonach świata, hamuje poprawę i rozwój perspektyw zawodowych na rynkach krajów bogatych. Do braku wzrostu wynagrodzeń w środowisku przyczyniają się także studenci z zagranicy kończący uczelnie techniczne w USA, którzy planują pozostać w Ameryce. Kolejnym czynnikiem oddziałującym na rynki USA i innych krajów jest szybki rozwój gospodarki chińskiej i wzrost liczby chińskich inżynierów. W samych Stanach Zjednoczonych zarobki inżynierów są też funkcją geografi i zatrudnienia. Z ankiety przeprowadzonej w roku ubiegłym oraz wcześniejszych badań wynika, że najlepiej zarabiają fachowcy na Zachodnim Wybrzeżu, a ich średnie roczne wynagrodzenie w 2014 r. wynosiło 126,3 tysiąca dol., więcej o 3,4% w ujęciu rocznym. Marcin Tronowicz

Opłacalna specjalizacja Utrzymującym się trendem wśród kadr inżynierskich na całym świecie jest rosnąca specjalizacja i pojawianie się wciąż nowych nazw stanowisk. Określenie „inżynier elektryk” (ang. electrical engineer), według jednego z ankietowanych, może odnosić się do pracy od litografi i układów scalonych po sterowanie pracą silników dużej mocy. „Jeśli chodzi o rokrocznie rosnącą liczbę nisz zawodowych i specjalizacji, w branży nie widać oznak spowolnienia”. Jedną z przyczyn ciągłego zapotrzebowania na nowych specjalistów są zmiany technologiczne na rynku. Z drugiej strony branża przeobraża się nie tylko lokalnie, ale i globalnie, co oznacza zmiany dla pracowników w krajach wysoko rozwiniętych. Spowolnienie go-

Elektronik

Styczeń 2015

17

Gospodarka

Coraz więcej urządzeń komercyjnych bazuje na projektach open source

Liczba urządzeń komercyjnych i sprzętu elektronicznego opartego na projektach typu open source, w tym także projektów płytek drukowanych, szybko rośnie. Przyczyną jest łatwość implementacji takich projektów, poprawa wydajności i funkcjonalności bazujących na nich konstrukcji oraz skrócenie czasu wejścia na rynek.

O

parcie konstrukcji na sprawdzonym schemacie zmniejsza ryzyko projektowe i możliwość pomyłki, co jest istotne zwłaszcza w trudnych obwodach funkcjonalnych, jak konwersja mocy, układy cyfrowe i komunikacja radiowa i układy high-speed. Projekty open source pozwalają ponadto na rozłożenie elementów na płytce w sposób sprawdzony, eliminując konieczność projektowania PCB od początku. Podczas projektowania PCB w sposób tradycyjny aplikacji high-speed lub podobnych wielu inżynierów odwołuje się do dokumentacji, korzysta ze wsparcia technicznego producentów, licząc, że dzięki wiedzy i doświadczeniu uda im się wykonać projekt prawidłowo. Z kolei dzięki łatwości implementacji projektów open source inżynier nie musi już być eks-

Fot. 1. Komputer jednopłytkowy BeagleBone Black to przykład projektu wykonanego w architekturze otwartej

18

Styczeń 2015

Elektronik

pertem w każdej fazie projektowania PCB, co jest szczególnie korzystne przy najbardziej wymagających sekcjach projektu, takich jak np. część zasilająca, której zaprojektowanie od zawsze było trudne. Takie elementy, jak złożone sekcje zasilające, interfejsy high-speed i ścieżki, czy nawet trakty komunikacyjne z dopasowaną impedancją, mogą być dzięki open source szybko i łatwo powielone.

Wyzwania i korzyści Prawdopodobnie najważniejszym wyzwaniem przy wykorzystaniu projektu open source jest zmiana rodzaju wymaganej wiedzy i podejścia do projektu. Inżynier wykorzystujący gotowy projekt open source traci możliwość poznania podstaw, których może nauczyć się przy projektowaniu od zera, takich jakim jest zestaw reguł projektowania w zakresie EMC, integralności sygnałowej i innych. Inżynierowie niekorzystający wcześniej z open source muszą być przygotowani na problemy pojawiające się w różnych fazach projektowania. Z kolei tacy z projektami open source zaznajomieni mogą utracić możliwość dokładniejszego poznania projektu. Przy braku znajomości podstaw trudne może być w przyszłości dopasowanie się do wymagań nowych projektów. Z drugiej jednak strony, użycie projektów open source umożliwi spojrzenie na projektowanie PCB z innej perspektywy. To, co obecnie jest wadą takich projektów, może stać się ich zaletą, gdyby potraktować je jako punkt startowy w procesie nauki. Inżynier może zagłębić się w źródłowy projekt PCB, przyjmując go za punkt odniesienia, od którego może się cofnąć, by lepiej zrozumieć przyczynę rozmieszczenia elementów

Aktualności w dany sposób. Pozwala to uczyć się z gotowych projektów, co nie zawsze jest możliwe przy tradycyjnym projektowaniu PCB. W zastosowanym projekcie open source można analizować jego poszczególne obwody, projekt mozaiki ścieżek. Spojrzenie wstecz od gotowego projektu pozwoli na poznanie podstaw doświadczalnie, takich jak np. zarządzanie ciepłem czy rozkład elementów sekcji zasilającej. Są to działania podobne do reverse engineering, jednak w tym przypadku nie trzeba się skupiać na poznaniu elementarnych zagadnień jak odtworzenie schematu na podstawie gotowego układu.

Możliwe problemy Przed migracją do open source należy uświadomić sobie, że nie każdy tego typu projekt został dobrze przetestowany. Jego autor może nie wiedzieć, czy dany rozkład elementów będzie odpowiedni także w innym przypadku, a kolejną kwestią, która może sprawić problem, jest zarządzenie ciepłem. Po prostu trudno jest rzetelnie ocenić niezawodność danego projektu open source, jeśli nie wiadomo, kto jest jego autorem lub autorów jest wielu, bo dzieło jest efektem pracy grupy. Inżynierowi wykorzystującemu gotowy projekt może się na początku wydawać, że płytka działa prawidłowo, więc wdrożyłby ją u siebie. Jednak już w fazie testowania mogą ujawnić się błędy, jeśli nie była przetestowana na tyle, by uzyskać zgodność ze specyfi kacją lub np. spełnić wymagania w zakresie zaburzeń emitowanych lub przewodzonych. Z reguły, jeśli projekt pochodzi od producenta półprzewodników lub większej organizacji, to prawdopodobnie będzie bardziej odporny i niezawodny od projektu znalezionego na stronie internetowej lub pobranego z forum. Lepsze poznanie projektów otwartych zwiększy ich popularność w stosunku do projektów tradycyjnych. Zrozumienie zalet open source, towarzyszących im wyzwań i związanych z nimi możliwościami nauki przełoży się na korzyści nie tylko dla inżynierów i producentów, ale także dla całej branży elektroniki. Grzegorz Michałowski

PB Technik pracuje w nowej siedzibie Od 3 listopada firma PB Technik, czołowy krajowy dostawca urządzeń technologicznych, maszyn i materiałów do produkcji elektroniki, pracuje w nowej siedzibie. Nowy budynek przy ul. Zwoleńskiej 27 w Warszawie usytuowany jest niedaleko poprzedniej lokalizacji. Jego budowa trwała około 1,5 roku i kosztowała firmę blisko 3 mln złotych. Siedziba ma powierzchnię 700 m2 , z wydzieloną częścią biurową, magazynową oraz konferencyjną.

Digi-Key i Mentor oferują nowe narzędzia EDA Dystrybutor Digi-Key i Mentor, czołowy dostawca oprogramowania projektowego, ogłosiły współpracę, aby wypełnić lukę pomiędzy dostępnymi za darmo, ale niewygórowanymi jakościowo, a drogimi, profesjonalnymi narzędziami EDA/CAD do projektowania płytek drukowanych. Nowe narzędzia będą połączone z ofertą online komponentów Digi-Key do tworzonych projektów, inżynierowie będą też mogli korzystać z usług produkcyjnych. Dwa podstawowe programy w zapowiadanym zestawie to aplikacja Designer Schematic, przeznaczona do projektowania schematów połączeń elektronicznych, oraz Design Layout – program do tworzenia projektów obwodów drukowanych zapewniający m.in. routing, edycję i inne funkcje. Oba programy obsługują projekty do 1500 węzłów. Według przedstawicieli Digi-Key zaoferowanie zestawu w postaci dwóch odrębnych narzędzi to

wyjście naprzeciw części klientów. Nie wszystkie bowiem firmy samodzielnie projektują kompletne obwody drukowane, niektóre mogą tworzyć sam schemat połączeń. Dzięki rozdzieleniu narzędzi, firma taka nie będzie musiała kupować zaawansowanego narzędzia do projektowania płytki PCB. W ramach narzędzi, za pośrednictwem strony Mentora PartQuest obsługiwanej przez wyszukiwarkę Digi-Key, inżynierowie uzyskają dostęp do bazy danych i 4 milionów elektronicznych komponentów. Narządza dostępne będą wyłącznie w ofercie Digi-Key na zasadzie rocznej subskrypcji. Cena za korzystanie z obydwu programów to 864 dol. Korzystając z promocji oprogramowanie, będzie można testować za darmo przez 15-dniowy okres próbny.

LaFot rozszerza się o inspekcję wizyjną Firma LaFot rozszerzyła ofertę o cyfrowe lupy i mikroskopy irlandzkiej firmy ASH Technologies. Produkty te są wykorzystywane w produkcji urządzeń przemysłowych, na stanowiskach kontroli jakości i w serwisie precyzyjnych urządzeń.

Elektronik

Styczeń 2015

19

Wywiad

Zwiększamy potencjał produkcyjny firmy o dwie nowe hale i szukamy nowych zleceń zagranicznych – mówi Andrzej Talarek, prezes zarządu firmy InterPhone Service ❚ InterPhone Service od niedawna jest aktywny w branży EMS. Jak wyglądały początki Waszego biznesu? Firma InterPhone Service została założona w 2009 roku. Jedną z przyczyn jej powstania była chęć skorzystania z możliwości, jakie daje inwestowanie w specjalnych strefach ekonomicznych. Na bazie kapitału polskiego oraz dodatkowych funduszy rozwojowych dostępnych w programie Innowacyjna Gospodarka na Podkarpaciu utworzono nową fi rmę w branży EMS. Wybór konkretnego miejsca nie był przesądzony z góry. Na pewnym etapie pomysł trafi ł do Agencji Rozwoju Przemysłu, w której w tamtym okresie pracowałem. Trochę za moją namową firmę ulokowano w Mielcu, gdzie można było szybko zacząć działalność, przejmując od ARP gotową halę, która została wybudowana na terenie strefy ekonomicznej z myślą właśnie o udostępnieniu jej inwestorowi. Stąd kilka miesięcy później InterPhone Service Sp. z o.o. pojawił się w Mielcu, a ja zostałem dyrektorem tej firmy, a potem prezesem. ❚ Jakie korzyści wiążą się z lokalizacją w Mielcu? W tym rejonie Polski tradycje, kompetencje techniczne i elektroniczne ist-

20

Styczeń 2015

Elektronik

nieją od dawna i są, moim zdaniem, dość wysokie. Firmy interesują się tym rejonem, bo jest tu wykształcona kadra techniczna. Wykorzystują ją z powodzeniem fi rmy takie, jak Bury, Lear Corporation czy R&G. Podobne działania widać w okolicach, np. w Ropczycach, gdzie obecna jest fi rma UTC lub w Sanoku, gdzie mamy EAE Elektronik. Nie są to jeszcze imponujące liczby, ale ważna jest relatywnie duża dynamika wzrostu inwestycji, wskazująca na dobry potencjał tego rejonu. ❚ Od czego zaczęliście pracę? Pierwszy kontrakt InterPhone Service dotyczył produkcji modemu internetowego opartego na technologii HSPA+. Wyprodukowaliśmy tych urządzeń kilkadziesiąt tysięcy sztuk i z pewnością był to dla nowej fi rmy prawdziwy chrzest bojowy. Po tej pierwszej partii przyszły kolejne i tak przez kilka lat produkcja urządzeń komunikacyjnych dla Cyfrowego Polsatu zajmowała znakomitą większość mocy produkcyjnych. Wraz z kolejnymi inwestycjami poprawiającymi nasze możliwości produkcyjne, a także ze stopniowo zmniejszającymi się zamówieniami od naszego głównego zle-

ceniodawcy, rozpoczęliśmy poszukiwania nowych kontraktów i klientów. Obecnie mamy już kilka stałych współpracujących z nami fi rm krajowych, niedawno też wystawialiśmy się na targach Electronica i nawiązaliśmy tam wiele kontaktów, które być może przerodzą się we współpracę. Celem jest tu głównie pozyskanie zleceń produkcyjnych z zagranicy i nie chcemy się skupiać wyłącznie na urządzeniach telekomunikacyjnych. Z pewnością współpraca z Cyfrowym Polsatem dała nam dużo doświadczenia i możliwość produkcji zaawansowanych technicznie urządzeń. Mimo że nadal w strukturze przychodów partner ten zapewnia nam większość przychodów, udział ten powoli maleje. Uważam to za korzystne i chcę doprowadzić do sytuacji, w której będzie to poniżej 50%. ❚ Czy kompleksowe usługi produkcyjne obejmują projektowanie elektroniki? Mamy potencjał i możliwości, aby świadczyć kompleksowe usługi produkcyjne, ale jeśli chodzi o projektowanie i wsparcie inżynierskie, to nie są one świadczone przez naszych pracowników. Korzystamy w tym przypad-

Wywiad

ku z pomocy pracowników zewnętrznego biura konstrukcyjnego, z którym nawiązaliśmy współpracę. Nasza oferta dla klienta jest więc szersza niż tylko taka, że my realizujemy jego projekty, będąc usługodawcą, tym bardziej, że wchodzi w nią także zakup komponentów. Innymi słowy w ramach własnych możliwości świadczymy pełny serwis produkcyjny w zakresie elektroniki oraz obsługę posprzedażną. Rozwój fi rmy kieruje się na razie w kierunku rozszerzenia potencjału usług produkcyjnych i nie ma planów budowy własnego zaplecza inżynierskiego. Wynika to z tego, że bycie konkuren-

cyjnym na rynku wymaga specjalizacji i dla nas jest ona właśnie określona w tak zdefiniowanym obszarze. ❚ Jaką skalę działania ma firma? InterPhone Service zatrudnia aktualnie 85 osób, ale były momenty, że pracowników było nawet 120. Na więcej na razie nie mamy miejsca w istniejącym budynku. Kończymy budowę dwóch dodatkowych hal, które na przełomie nowego roku całkowicie zlikwidują ograniczenia w dostępnej powierzchni i pozwolą na zwiększenie zatrudnienia do nawet 250 osób, gdyby była taka potrzeba. Mamy 3 linie technologiczne

SMT, jedną linię do montażu THT i kilkadziesiąt stanowisk montażu ręcznego. Park maszynowy uzupełnia sprzęt do AOI i AXI. Na razie to wszystko mieści się w niewielkim, jak na nasze bieżące potrzeby, budynku o powierzchni produkcyjnej 1500 m2 i biurowej 400 m2. Kończymy jednak budowę dwóch dodatkowych hal o łącznej powierzchni 3100 m2, co razem da nam 4600 m2 dla produkcji plus 800 m2 dla biur, co powinno zapewnić porządne warunki działania na najbliższe lata. Planujemy, aby w istniejącej hali dodać jedną lub dwie linie do montażu SMT oraz pozostawić w niej stanowiska do

Elektronik

Styczeń 2015

21

Wywiad testowania urządzeń. Są tam dobre warunki do zaawansowanej technologicznie produkcji, np. kompletna kontrola klimatu oraz fi ltrowane powietrze. Do nowych hal przeniesiemy montaż ręczny, montaż mechaniczny, zbudujemy też magazyn komponentów, wysyłkę, konfekcjonowanie, serwis itd. Mimo ogromnego postępu w produkcji elektroniki i oparcia jej głównie na technologii SMT, nadal wiele elementów wymaga montażu ręcznego i lutowania na fali, stąd kompleksowa fi rma EMS musi mieć stanowiska montażu ręcznego. ❚ Jakie korzyści odnosi fi rma z tego, że mieści się na terenie SSE Europark Mielec? Jest wiele bezpośrednich i pośrednich korzyści, a za najważniejszy atut uważam pracę w spójnym środowisku podobnych do nas firm, co w wielu obszarach tworzy korzystną synergię biznesów i ułatwia dostęp do wielu rodzajów usług. Przykładem może być produkcja, do której trzeba wykonać specjalizowaną obudowę, metalową lub plastikową. W okolicy jest kilka firm, które są w stanie z nami kooperować. Drugą korzyścią są zwolnienia podatkowe, które dla nas jako fi rmy o średniej wielkości wynoszą do 60% zainwestowanego kapitału. Biorąc pod uwagę, że kończymy rozbudowę budynków, ta

mami i wielu miejscowych rzemieślników pracowało na ich zlecenie, mając tym samym kontakt z zaawansowanymi technologiami. Efekt jest taki, że na terenie SSE Europark, powstałej na miejscu byłego zakładu WSK Mielec, pracuje dzisiaj 15 tysięcy osób. Duże zakłady pracy przeszkoliły też wiele osób z okolic, dzięki czemu łatwiej w naszym rejonie pozyskać pracowników. ❚ Jakie są silne strony firmy? W czym się wyróżniacie przy porównaniu z konkurencją? Jednym z naszych najważniejszych atutów jest to, że od czterech lat produkujemy zaawansowany technologicznie sprzęt telekomunikacyjny dla Cyfrowego Polsatu. Jesteśmy na rynku mało znaną firmą i takie referencje ze strony naszego silnego partnera bardzo się w praktyce liczą. Mamy nowoczesny park maszynowy, który zapewnia wysoką jakość usług. Widać to chociażby w tym, że mamy trzykrotnie niższą liczbę urządzeń, które trzeba naprawiać lub poprawiać podczas produkcji w stosunku do tego, ile przewidziano w projekcie. Dla mnie znaczy to, że z jakością nie mamy najmniejszych problemów. Specyfi ka rynku usługowego w zakresie EMS jest taka, że konkuruje się też ceną, bo wielu usługodawców jest w stanie zapewnić dobrą jakość i ma nowoczesny park maszynowy. Niska cena

Jednym z naszych najważniejszych atutów jest to, że od czterech lat produkujemy zaawansowany technologicznie sprzęt telekomunikacyjny dla Cyfrowego Polsatu. Jesteśmy na rynku mało znaną firmą i takie referencje ze strony naszego silnego partnera bardzo się liczą w praktyce ulga w podatku dochodowym jest w tym miejscu znaczącą pozycją w bilansie. Kolejny plus związany jest z miastem Mielec, którego władze zwolniły z podatku od nieruchomości tereny inwestycyjne, na których mamy siedzibę. Trzecia grupa korzyści wiąże się z wysoką kulturą techniczną i dostępnością kompetentnej kadry technicznej, jaką mamy dzięki nieistniejącej już WSK Mielec, ale także fi rmom zagranicznym obecnym w naszym rejonie. WSK zawsze korzystało w produkcji z różnych form kooperacji z lokalnymi fi r-

22

Styczeń 2015

Elektronik

usług wynikająca z istnienia wielu firm tego typu na rynku krajowym jest oczywiście pewnym kłopotem w biznesie, ale krajowe fi rmy mają za plecami konkurencję z Chin, stąd muszą dbać o niskie koszty. Innymi słowy kryterium niskiej ceny dotyczy wszystkich. Mimo że głośno się o tym nie mówi, to wiadomo, że zarobki w Mielcu są relatywnie niskie i ta duża liczba inwestycji w naszym rejonie wynika też w pewnej mierze właśnie z tego, a nie innego powodu. Niższe koszty płacowe czynią nas bardziej konkurencyjnymi w stosunku do

większych ośrodków w kraju. Oceniam, że różnica ta wynosi nawet 30%, to z pewnością bardzo dużo w biznesie. ❚ Czy dążenie do niskiej ceny nie przenosi się negatywnie na jakość? Nie może. Konkurencja jest czynnikiem, który wymusza utrzymanie jakości na dobrym poziomie z jednoczesnym oferowaniem cen akceptowalnych przez klienta, czyli prawie zawsze możliwie najniższych. I musimy zrobić wszystko, by oferując odpowiednią do oczekiwań cenę, zaoferować jednocześnie usługę kompleksową, czyli np. uwzględniająca kontrolę AOI w procesie SMT czy jako kontrolę już po lutowaniu rozpływowym lub też inne działania, gwarantujące dobrą jakość usługi. ❚ Silnym atutem przetargowym w produkcji EMS jest dostęp do podzespołów elektronicznych, które tworzą większość kosztów produkcji? Problem ten staje się mniej dokuczliwy, gdy produkcja realizowana jest w dużej skali, co pozwala otrzymać duże upusty cen elementów lub gdy współpracuje się z kimś, kto ma już przetarte szlaki, jeśli chodzi o zaopatrzenie. I tak próbujemy działać. Jednocześnie nie kupujemy podzespołów bezpośrednio u producentów, bo na to skala naszej działalności jest zbyt mała. To się może w niedalekiej przyszłości zmienić, bo w jednej z nowych hal powstanie duży magazyn elementów. ❚ O wysokiej jakości mówią wszystkie fi rmy EMS. Czy klienci ufają tym zapewnieniom? Znaczna część klientów po wstępnych negocjacjach i przybliżeniu współpracy jest zainteresowana osobistą wizytą u nas po to, aby naocznie zweryfikować, czy to, co deklarujemy, pokrywa się z rzeczywistością. Dla nas taka forma audytu jest cenna i pożyteczna, bo sporo można z niej się nauczyć. Wiele uwag, jakie padają przy takiej okazji, ma formę konstruktywnej krytyki i pozwala się doskonalić. Dlatego zawsze chętnie zgadzamy się na takie wizyty, wiedząc, że z każdym kolejnym takim krokiem jesteśmy silniejsi. Dobrą jakość osiąga się poprzez pilnowanie i przestrzeganie wszystkich procedur przez cały czas i w każdych warunkach, a nie tylko od święta. Gdy tak jest, wizyty klientów nie stanowią problemu. Rozmawiał Robert Magdziak

Gospodarka

Światowy rynek

mikrofonów MEMS czeka

duży wzrost

Według Yole Development popyt na mikrofony MEMS zwiększy się w latach 2013 – 2019 z 2,4 mld do 6,6 mld sztuk. Przełoży się to na wzrost wartości globalnego rynku tych komponentów z 785 mln dol. w 2013 do 1,65 mld dol. w 2019.

U

rządzenia te od chwili wprowadzenia do sprzedaży cieszą się stale rosnącą popularnością. Główną tego przyczyną jest upowszechnianie się elektroniki użytkowej, szczególnie smartfonów, z których każdy wyposażony jest w kilka mikrofonów MEMS, używanych poza podstawową funkcją odbioru dźwięku, również do usuwania efektu echa i udoskonalania funkcji rozpoznawania mowy. Ponadto są one montowane w tabletach, kamerach, aparatach cyfrowych, zestawach słuchawkowych oraz aparatach słuchowych.

krofonu. Ponadto mniejsze rozmiary oraz masa komponentów wewnętrznych uodparniają mikrofony MEMS na uderzenia i wibracje, na które są narażone w urządzeniach przenośnych. Podzespoły wykonane w technice CMOS są również odporniejsze na wysokie temperatury, co ułatwia ich lutowanie w technologii SMT. Brak konieczności stosowania dodatkowych mechanicznych połączeń też przekłada się na mniejszą wagę układu odbioru dźwięku. Możliwość automatyzacji montażu zmniejsza natomiast koszty produkcji i zwiększa jej wydajność.

Zalety mikrofonów MEMS

Kto się liczy na tym rynku?

Główną zaletą mikrofonów MEMS w porównaniu do tradycyjnych jest rozmiar, nawet dwukrotnie mniejszy, niż tych elektretowych. Rozwój technologii pozwala przewidywać, że będzie on jeszcze malał. Dzięki temu podzespoły te zajmują mniej miejsca na płytce drukowanej urządzenia. Oprócz tego mikrofony te są bardziej kompaktowe od konkurencji – w jednej obudowie zawarty jest układ przetwarzania dźwięku na sygnał elektryczny analogowy oraz przetwornik analogowo-cyfrowy. Z tego wynika kolejna ważna zaleta – dzięki obróbce sygnału tuż po rejestracji jest on w większym stopniu odporny na zaburzenia z zewnątrz. To z kolei zwiększa dowolność w zakresie miejsca zamontowania mi-

Nieustannie przybywa także nowych zastosowań dla tych komponentów. Duże nadzieje wiązane są szczególnie z rozwojem koncepcji Internet of Things oraz elektroniki noszonej (wearable electronics), m.in. inteligentnych zegarków, okularów, opasek, automatyki budynkowej, sterowania głosem samochodami oraz maszynami. Dzięki tym potencjalnym nowym aplikacjom przewiduje się, że rynek mikrofonów będzie się rozwijał zdecydowanie najszybciej spośród wszystkich komponentów MEMS. Otwiera to szerokie możliwości zarówno przed nowymi dostawcami, jak i producentami o już ustalonej pozycji. Liderem wciąż jest fi rma Knowles – głównie dzięki temu, że podzespoły jej produkcji są używane w iPhone’ach

5S i 5C. Jej udział w rynku mikrofonów MEMS ostatnio jednak zmalał i wynosi obecnie 61% w porównaniu do 84% w 2010 roku. Mimo to inni producenci wciąż mogą tylko marzyć o takich zyskach. Na przykład w 2013 roku Infi neon uzyskał dochód ze sprzedaży tych podzespołów w wysokości zaledwie nieco ponad 70 mln dol. w porównaniu do prawie 500 mln, które zarobiła wtedy w ten sposób firma Knowles.

Strategie Wśród producentów, którzy coraz silniej odznaczają się na tym rynku, są również m.in. chińscy dostawcy. Prawie połowa firm notowanych w rankingu największych producentów mikrofonów MEMS pochodzi z tego kraju. Swoją obecność umacnia też STMicroelectronics, głównie dzięki swojemu najnowszemu kontraktowi z Apple. Uzyskanie zlecenia od tego ostatniego przedsiębiorstwa nadal pozostaje najważniejszym celem producentów tych podzespołów. Ponadto, by przetrwać na rynku mikrofonów w technologii MEMS, ich dostawcy łączą się i przejmują inne firmy, co pozwala rozszerzyć ofertę. Dotyczy to również producentów tradycyjnych mikrofonów elektretowych, którzy próbują uzupełnić albo zmienić profi l swojej produkcji, podejmując wysiłki głównie w zakresie działań badawczo-rozwojowych. Monika Jaworowska

Elektronik

Styczeń 2015

23

Raport

Narzędzia i zestawy startowe dla mikrokontrolerów, oprogramowanie EDA – liczne nowości napędzają rynek Zestawy projektowe, narzędzia dla konstruktorów, płytki ewaluacyjne, starter-kity oraz oprogramowanie to produkty, które w ostatniej dekadzie stały się niezbędne i bardzo popularne. Dzisiaj większość premier rynkowych w zakresie złożonych układów scalonych oraz zdecydowanej większości układów programowalnych wspomagana jest pojawieniem się zestawu projektowego bazującego na tym chipie, demonstrującego możliwości i ułatwiającego aplikację. W zakresie mikrokontrolerów takie zestawy nierzadko są gotowymi systemami, wyposażonymi w wyświetlacz, układy peryferyjne, złącza i zasilanie, dzięki czemu nie tylko są one pomocą dla projektantów, ale w zasadzie można je traktować jako gotowe do użycia rozwiązanie hardware’owe.

K

rajowy rynek narzędzi projektowych rozwija się w szybkim tempie z uwagi na rosnącą liczbę mikrokontrolerów w układach elektronicznych, stały wzrost znaczenia układów programowalnych i wiele ogólnych trendów w elektronice, na których czele można umieścić rozwój technologii komunikacyjnych oraz dostępność oprogramowania takiego jak Linux i Android. Mimo że mamy coraz więcej dostępnych darmowych narzędzi, bibliotek, rynek uznaje się za nienasycony, a konkurencja wcale nie jest taka silna. Jest to trochę inna sytuacja niż w innych branżach elektroniki i wynika to w pewnej mierze z tego, że jest to rynek otwarty i szybko zmieniający się, a jednocześnie

24

Styczeń 2015

Elektronik

same produkty są tak skomplikowane, że do ich sprzedaży trzeba mieć naprawdę wiele wiedzy i kompetencji inżynierskich. Dodatkowo każda firma, która ma pomysł, może zająć się wytwarzaniem narzędzi projektowych, bo zawsze można znaleźć niszę na coś, co okaże się potrzebne i przydatne. Poza narzędziami do mikrokontrolerów i programatorami pamięci Flash, które stanowią naturalną bazę tego sektora rynku, warto podkreślić znaczenie zestawów uruchomieniowych dla potrzeb M2M i radiokomunikacji. Takie nowe obszary również przyczyniają się do wzrostu potencjału omawianego sektora, tworząc nowe otwarcia. Wiele modułów komunikacyjnych to złożone konstrukcje zawierające procesor apli-

kacyjny, pamięć i układy peryferyjne, dające możliwość programowania. Do ich obsługi potrzebne są narzędzia programowe i sprzętowe, podobne jak dla mikrokontrolerów.

Nowa definicja próbek inżynierskich Najważniejszym czynnikiem odpowiedzialnym za szybką popularyzację zestawów projektowych jest niewątpliwie miniaturyzacja w elektronice. Większość nowych układów scalonych wytwarzana jest w maleńkich obudowach, coraz częściej bezwyprowadzeniowych, jak BGA i QFN. Jeszcze kilka lat temu były one zarezerwowane dla złożonych układów cyfrowych, takich które stanowią jądro systemu cyfrowego

Raport

(procesor, układ graficzny, matryca programowalna), ale widać, że obecnie montowane są w nich także układy średniej skali integracji, na przykład sterowniki zasilaczy, wzmacniacze audio i operacyjne, układy komunikacyjne i podobne. Wraz z kryzysem i coraz większym znaczeniem elektroniki konsumenckiej na rynku, a więc faktem, że duża część wolumenu produkcyjnego producentów chipów trafia do urządzeń produkowanych masowo, wytwórcy ograniczają liczbę dostępnych obudów. Nawet jeśli jest ich kilka, to nie należy oczekiwać, że na liście znajdą się wersje inne niż do montażu powierzchniowego SMT. Niestety takie są fakty, że produkcja elektroniki, bez względu na ska-

lę i obszar aplikacyjny, jest dzisiaj zdominowana przez montaż powierzchniowy. Co więcej, gęstość upakowania stale rośnie, a rastry wyprowadzeń chipów maleją. Innymi słowy montaż nawet płytki prototypowej wymaga skorzystania z pełnego procesu SMT, co nie zawsze jest możliwe, łatwe, tanie i szybkie. Dlatego płytka ewaluacyjna, nawet jeśli zawiera jedynie chip i złącze, jest dla konstruktora tak samo cenna, jak dekadę temu bezpłatne próbki, zaś same układy zaczynają przypominać ciastko za szybą. Wypromowanie nowego innowacyjnego układu, np. mikrofonu MEMS, który ma wielkość ziarnka gorczycy, bez zestawu projektowego jest dla producenta elektroniki bez porównania trudniejsze,

Spis treści Nowa definicja próbek inżynierskich...24 Przedstawić ofertę jak najwcześniej....26 Darmowe czy komercyjne?.................27 Open-source hardware i software......29 Oprogramowanie EDA i narzędziowe...30 Dostawcy katalogowi i ich wpływ na rynek ...............................................30 Rynek narzędzi od strony biznesu .....30 Obroty, czyli tajne przez poufne.........31 Popularne produkty ............................32 Co się liczy bardziej a co mniej w narzędziach?....................................32 Dostawcy oprogramowania projektowego.......................................34 Dostawcy narzędzi sprzętowych ........34 Przegląd ofert dostawców ..................35

Elektronik

Styczeń 2015

25

Raport Przedstawić ofertę jak najwcześniej

Rys. 1. Zestawienie spadków i wzrostów obrotów dla dostawców narzędzi projektowych i oprogramowania EDA w latach 2011–2013

bo konstruktor od razu staje przed koniecznością kosztownego prototypowania, zanim będzie mógł ocenić przydatność proponowanego rozwiązania. Innymi słowy tworzenie zestawów projektowych jest korzystne dla obu stron.

Warto zauważyć, że wielu producentów chipów ma w ofertach układy scalone o podobnych funkcjach jak konkurencja. W zakresie podzespołów standardowych (wzmacniacze operacyjne, stabilizatory, przetworniki) liderzy rynku mają wiele rozwiązań podobnych do siebie, nierzadko różniących się tylko drobnymi niuansami. Stąd cały łańcuch dystrybucji wkłada wiele wysiłku, aby swoje produkty przedstawić i zaproponować konstruktorom jak najwcześniej, najlepiej na samym początku procesu projektowania. Wiadomo, że projektanci mają coraz mniej czasu i są pod nieustanną presją konkurencji oraz koniecznością obniżania kosztów. Dlatego każde wsparcie, które ułatwi im pracę i ograniczy, ryzyko jest chętnie przyjmowane. Niewątpliwie zestawy projektowe, narzędzia i oprogramowanie zaliczają się do takich działań. Kolejnym czynnikiem pozytywnie oddziałującym na rynek narzędzi jest to, że na rynku elektroniki wiele się dzieje. Praktycznie każdego dnia pojawiają się jakieś nowości mniejszego kalibru, większe premiery najczęściej są rocznicami, a te przełomowe to mniej więcej okres nie dłuższy niż pięć lat. Z punktu widzenia wiedzy projektanta, jego doświadcze-

26

Styczeń 2015

Elektronik

Contrans TI

Computer Controls

EBV Elektronik

Evatronix

Farnell element14

FlowCAD

Glyn

JM elektronik

Kamami

8051 / 68HC AVR8 / AVR32 Atmel SAM (D/G/3x/4x/7x) / PSoC SPC56 / EFM32 / Precision32 STM8 / STM32 ADuCM8xx / ADuCM360 / CM4 RX100 / RX200 MSP430 / TIVA Kinetis / LPC1000 / LPC4000 PIC8 / dsPIC PIC16 / PIC32 Hercules / TM4 / F28xx Inne z rdzeniem ARM Cortex-Mx / ARM7/9 CPLD: Xilinx / Lattice / Altera FPGA: Xilinx / Lattice / Altera C6000 / C5000 KeyStone / DaVinci ADSP-21 / BlackFin Sharc / TigerSharc / SigmaDSP Kompletne środowiska IDE / Biblioteki programowe Kompilatory / symulatory / debuggery RTOS-y / Stosy TCP/IP / stosy bezprzewodowe Dla komunikacji M2M / ISM / Do sterowania silnikami Do wyświetlaczy / ekranów dotykowych Płytki demonstracyjne / Minimoduły z procesorami Do projektowania układów: DSP / FPGA i PLD JTAG / do weryfikacji kodu HDL Narzędzia projektowe dostępne online Dla projektów mechanicznych / CAM i DFM Narzędzia matematyczne i obliczeniowe Programy pomiarowe i wizualizacyjne / Bloki IP Uniwersalne i kompletne pakiety EDA Programy do schematów i PCB Symulatory: układów analogowych / cyfrowych Symulatory EMC / integralności sygnałowej Symulatory układów w.cz. / pól EM Programatory: uniwersalne / produkcyjne Automaty programujące dla produkcji Szybkie specjalizowane programatory Flash Podajniki i odbiorniki układów / znakowarki

Conrad Electronics

Sprzęt pro- Oprogramodukcyjny wanie EDA

Narzędzia projektowe

Starter kity

Dla MCU

Zestawy dla PLD i DSP

Emulatory i środowiska dla mikrokontrolerów

Nazwa firmy

AM Technologies

Tabela 1. Przegląd ofert dostawców oprogramowania i narzędzi projektowych

○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○ ○/○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○ ○/○ ○ ○/○ ● ● ●/○ ●/○ ●/○ ○/○ ○ ○ ○/○

●/● ●/● ●/● ○/●/○ ●/● ○/○/○ ●/● ●/○ ○/○/○ ●/○ ●/● ○/○/● ● ○/○/● ○/○/● ●/● ○/○ ●/○ ○/●/○ ○/● ○/○/● ●/○/○ ●/○/● ●/● ●/● ●/● ●/● ● ○/○ ○ ○/○ ○ ○ ○/○ ○/○ ○/○ ●/○ ○ ○ ○/○

○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ●/● ○/○/○ ○/○ ○/○ ●/●/● ● ○/○/○ ○/○/○ ●/● ●/● ○/○ ○/○/○ ●/○ ○/○/○ ○/○/○ ●/●/● ●/● ●/● ●/○ ●/○ ○ ○/○ ○ ○/○ ○ ○ ○/○ ○/○ ○/○ ●/● ○ ○ ○/○

○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○ ○/○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ●/○ ○ ○/● ○ ○/○ ● ● ●/● ●/● ●/● ○/○ ○ ○ ○/○

●/● ●/● ●/● ●/●/● ●/● ●/●/● ○/○ ●/● ●/●/● ○/○ ○/○ ○/○/○ ● ○/○/● ○/○/● ●/● ○/● ●/● ○/○/● ●/● ●/●/● ●/●/● ●/●/○ ●/● ●/● ●/● ●/● ● ●/● ● ●/● ○ ○ ○/○ ○/○ ●/● ●/● ○ ○ ○/○

○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○ ●/○/○ ●/○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/● ○/● ○ ○/○ ○ ○/○ ● ● ●/● ○/● ●/○ ○/○ ○ ○ ○/○

●/● ●/● ●/● ○/●/○ ●/● ●/●/● ○/○ ●/● ●/●/● ●/● ●/● ●/○/○ ● ○/○/○ ○/○/● ●/● ○/● ●/● ●/●/● ●/● ●/●/● ●/●/● ●/●/● ●/● ●/● ●/● ●/○ ● ●/○ ● ●/● ● ● ●/● ●/● ○/○ ●/● ○ ● ○/○

○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○ ○/○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ●/○ ○ ○/● ○ ○/○ ● ● ●/● ●/● ●/● ○/○ ○ ○ ○/○

○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○/○ ●/● ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ● ○/○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ●/● ●/●/● ●/●/○ ●/○/● ●/● ●/● ○/○ ●/○ ○ ○/○ ○ ○/○ ○ ○ ○/○ ○/○ ○/○ ●/● ○ ● ○/○

○/○ ●/● ●/○ ○/○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ● ○/○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ●/● ●/●/● ●/●/● ●/●/● ●/● ●/● ○/○ ●/○ ○ ○/○ ○ ○/○ ○ ○ ○/○ ○/○ ○/○ ●/● ○ ● ○/○

●/● ●/● ●/● ○/○/○ ●/● ●/●/● ●/● ●/○ ●/●/● ●/○ ●/● ○/○/○ ● ○/○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ●/● ○/○/○ ●/● ●/●/● ●/○/○ ●/●/● ●/● ●/● ●/● ●/● ○ ○/○ ○ ○/○ ○ ○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○ ○ ○/○

Raport nia zawodowego oraz tego, ile ma czasu na samokształcenie i pogłębianie wiedzy, to wszystko jest bardzo mało, tym bardziej że złożoność wielu technologii jest znaczna i wykraczająca poza możliwość poznania ich poprzez zwykłe przeczytanie dokumentacji. Przykładem mogą być nowoczesne technologie komunikacji sieciowej jak chociażby IoT. Zapanowanie nad tymi procesami wsparcia się nowoczesnym oprogramowaniem i platformami sprzętowymi jest w zasadzie niemożliwe, stąd dostępność rozbudowanych zestawów, narzędzi i oprogramowania staje się dzisiaj często wręcz kluczowa.

Darmowe czy komercyjne?

Kristech

Marthel

Masters

Quantum

Propox

RK System

TME

WG Electronics

Projektowe oprogramowanie inżynierskie nigdy nie było tanie i chyba nigdy nie będzie. Zaawansowane narzędzia projektowe, a zwłaszcza takie przeznaczone do mikrokontrolerów, procesorów sygnałowych o dużych możliwościach weryfi kacji, emulacji i kontroli działania w czasie rzeczywistym też nie są tanie. Niemniej poza obszarem produktów o charakterze czysto komercyjnym na rynku jest wiele narzędzi bezpłatnych lub prawie bezpłatnych, które tworzą producenci chipów. Szczególnie imponująco wygląda oferta dla mikrokontrolerów 32-bitowych, gdzie nawet u jednego

○/○ ●/○ ●/○ ○/●/○ ○/● ○/○/○ ○/○ ●/○ ○/●/○ ●/○ ●/● ○/○/○ ● ○/○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○/○ ○/○/○ ●/● ●/● ○/○ ○/○ ○ ○/○ ○ ○/○ ○ ○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○ ○ ○/○

●/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ● ○/○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○/○ ●/○/○ ○/○ ●/○ ○/○ ○/○ ○ ○/○ ○ ○/○ ○ ○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/● ○ ○ ○/○

○/○ ○/○ ○/○ ●/○/○ ●/● ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○ ○/○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ●/● ●/●/● ●/●/● ●/●/● ●/● ●/● ○/○ ○/○ ○ ○/○ ○ ○/○ ○ ○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○ ○ ○/○

●/● ●/● ●/● ●/●/● ●/● ●/●/● ●/● ●/● ●/●/● ●/● ●/● ●/●/● ● ●/●/● ●/●/● ●/● ●/● ●/● ●/●/● ●/● ●/●/● ●/●/● ●/●/● ●/● ●/● ●/● ●/● ○ ●/● ○ ●/● ○ ● ●/● ●/● ●/● ○/○ ○ ● ○/○

○/○ ●/● ●/○ ○/●/○ ●/○ ○/●/○ ●/● ●/○ ○/●/● ●/○ ●/○ ○/●/● ○ ●/●/● ●/●/● ○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ●/○ ●/●/○ ●/●/● ○/○/○ ○/○ ●/● ○/○ ●/○ ○ ○/○ ○ ○/○ ● ● ○/○ ○/○ ○/○ ●/○ ● ○ ●/○

●/● ●/● ●/● ○/○/○ ●/● ○/○/● ○/○ ●/● ●/●/● ○/○ ○/○ ●/●/● ● ○/○/○ ○/○/○ ●/● ○/● ○/○ ○/○/○ ●/● ●/●/● ●/●/● ○/○/● ●/○ ●/○ ●/○ ●/○ ○ ○/○ ○ ○/○ ● ● ●/● ●/● ●/● ●/● ○ ○ ○/○

●/○ ●/● ○/○ ○/○/○ ○/● ○/○/○ ○/○ ○/● ●/○/○ ●/● ●/● ○/○/○ ○ ○/○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ○/○ ●/○/○ ○/○/○ ●/●/● ●/● ●/● ○/○ ●/○ ○ ○/○ ○ ○/○ ○ ○ ○/○ ○/○ ○/○ ●/● ○ ○ ○/○

●/● ○/○ ●/○ ●/●/● ●/● ●/●/○ ○/○ ○/○ ●/●/● ○/○ ○/○ ●/○/○ ● ○/○/○ ○/○/○ ○/○ ○/○ ○/○ ○/○/○ ●/● ●/●/● ●/●/● ○/○/○ ●/● ●/● ○/○ ●/○ ○ ○/○ ○ ○/○ ○ ○ ○/○ ○/○ ○/○ ●/● ● ● ●/●

producenta można znaleźć nierzadko kilkanaście kompletnych platform o różnym stopniu zaawansowania. Takie zestawy producenci sprzedają po cenie równoważącej im koszty produkcji, nierzadko rozdają na seminariach i warsztatach technicznych uczestnikom, traktując takie działania jako formę promocji. Można podać wiele przykładów, gdy dobry zestaw wywołał falę zainteresowania układem, stąd z czasem widać, że własne zestawy rozwojowe przestają być domeną tylko producentów chipów. Własne wersje opracowują także więksi dystrybutorzy podzespołów elektronicznych. Firmy tworzą i udostępniają starter kity konstruktorom po kosztach, wychodząc z założenia, że nic lepiej nie napędzi sprzedaży chipów. Niekiedy możliwości takich zestawów są na tyle duże, że dla wielu fi rm okazują się one całkowicie wystarczające, co przekonuje, że jest to działanie, które ma spory wpływ na rynek. Podobnie jest z oprogramowaniem. Większość producentów mikrokontrolerów rozwija i oddaje bezpłatnie użytkownikom zintegrowane środowiska projektowe (IDE) zawierające kompilator, debugger, programator i emulator, za pomocą których można tworzyć nawet złożone projekty. Dostępne są też biblioteki, drivery, stosy, ułatwiające rozpoczęcie pracy, dzięki czemu orientujący się w tematyce inżynier jest w stanie zrealizować nawet duży projekt. Poza oprogramowaniem narzędziowym można znaleźć też bezpłatne pakiety oprogramowania do projektowania płytek drukowanych, symulatory, narzędzia do projektowania fi ltrów – takich pozycji jest naprawdę wiele. Zakres wsparcia płynącego ze strony producentów mikrokontrolerów w przypadku danego producenta

Elektronik

Styczeń 2015

27

Raport Sebastian Hopp Evatronix

❚ Czy narzędzia projektowe i oprogramowanie są kosztowne z punktu widzenia krajowych firm elektronicznych?  Obecnie na rynku znajduje się duża ilość różnorodnego oprogramowania

nie jest taki sam ani też nie ma reguł, co oddaje się za darmo, a za co trzeba już płacić. Niemniej trudno nie zauważyć, że zwykle popularne mikrokontrolery, np. Atmel, Microchip, są właśnie w ten sposób silnie wspierane. Dyskusja bazująca na tym, czy lepsze są narzędzia komercyjne, czy też te dostarczane przez producentów gratis, nie może i pewnie nigdy nie będzie miała rozstrzygnięcia, bo wszystko zależy od konkretnego przypadku. Z pewnością wiele prostych projektów daje się zrealizować za pomocą bezpłatnych środowisk programistycznych oraz interfejsów umożliwiających programowanie układu i debugowanie kodu. Producenci układów programowalnych pokrywają też zdecydowaną większość rynku w zakresie prostych i mało skomplikowanych aplikacji, gdyż zwykle ich bezpłatne oprogramowanie plus

i każdy, kto poszukuje dla siebie rozwiązania, jest w stanie znaleźć takie, które spełni jego oczekiwania zarówno od strony cenowej, jak i oferowanej funkcjonalności. Co więcej, bardzo często narzędzia oferowane w ramach jednego producenta mają skalowalną funkcjonalność – jak jest w przypadku oferowanych przez firmę Evatronix oraz FlowCAD programów Cadence OrCAD i Allegro. Potencjalny użytkownik może znaleźć tanie i proste rozwiązania, które zapewniają jednocześnie maksimum wydajności projektowej oraz wyrafinowane i skomplikowane wersje dla całych grup projektantów.

płytki demo mają wystarczające możliwości. Projektanci, którzy tworzą aplikacje profesjonalne, takie gdzie jakość i niezawodność potwierdzana jest badaniami i certyfi katami, mogą preferować dopracowane produkty komercyjne. Inni, zwłaszcza ci, który dysponują czasem i wiedzą, mogą wybrać narzędzia bezpłatne. Wszystkie rozważa-

Styczeń 2015

Elektronik

waniem inżynierskim i narzędziami? Jakkolwiek banalnie to zabrzmi, najważniejsze jest dokładne zrozumienie potrzeb klienta i zaoferowanie rozwiązania, które spełnia te oczekiwania. Kolejnym istotnym czynnikiem jest posiadanie przez dystrybutora dogłębnej wiedzy na temat oferowanego oprogramowania – zarówno technicznej, pozwalającej na pomoc klientowi w różnorodnych problemach, jakie może napotkać w trakcie procesu projektowego, jak również wiedzy wdrożeniowej, pozwalającej na właściwe oraz efektywne wykorzystanie zakupionego rozwiązania.

wych, zawsze będą poszukiwane i pewnie z czasem nawet bardziej niż dzisiaj. Firmy mają sporą świadomość niezbędności tego typu oprogramowania, nie szukają drogi na skróty w zakresie technologii i zwykle większość problemów z oprogramowaniem EDA ma już dla nich charakter wyłącznie biznesowy, czyli ogranicza się do tego, jak wydając

Rys. 2. Wyniki badania ankietowego oceniającego biznes związany z narzędziami projektowymi w okresie styczeń – listopad 2014 r. oraz aktualną sytuację na rynku

nia trzeba też odnieść do skali przedsięwzięcia, bo im jest ona większa, tym koszt narzędzi w przeliczeniu na sztukę jest mniejszy, co sprzyja narzędziom komercyjnym. Niemniej czynników wyboru jest naprawdę wiele. Patrząc na te procesy w perspektywie lat, można powiedzieć, że koszt pracy inżynierskiej stale rośnie, na dodatek dobrych projektantów elektroniki zawsze brakuje, zwłaszcza w zakresie układów analogowych. Wydajne narzędzia, które są w stanie przyspieszyć projektowanie, ograniczyć liczbę wykonywanych prototypów i takie, które pozwalają zrobić więcej przy mniejszych zasobach kadro-

28

❚ Co jest ważne w handlu oprogramo-

minimalną kwotę pieniędzy, otrzymać potrzebne narzędzia. Firmy decydują się na płatne oprogramowanie także wówczas, gdy chcą korzystać ze wsparcia technicznego ci, którzy potrzebują gotowych bibliotek na przykład obsługujących zaawansowane układy peryferyjne, korzystają z systemów operacyjnych, realizują złożone systemy, do tworzenia których przydają się dostępne w płatnych pakietach funkcje optymalizacyjne i analityczne. Pozytywnym aspektem tych procesów jest też spadek cen narzędzi projektowych, sprzyjający popularyzacji rozwiązań i technologii. Otrzymana za dar-

Raport mo płytka startowa nierzadko jest przyczyną zainteresowania daną architekturą studentów i pracowników biur projektowych, którzy później mogą podjąć decyzję o większym zaangażowaniu właśnie w tym, znanym już kierunku. Wiadomo, że grono projektantów jest inercyjne i zmiany w wykorzystywanych architekturach układów programowalnych nie są częste. Wiedza plus posiadane już narzędzia tworzą bariery, które można przełamać m.in. w taki sposób.

Open source hardware i software

Rys. 3. Obroty dostawców narzędzi projektowych i oprogramowana EDA – dla 34% firm z tego zestawienia nie wykraczają ponad 100 tys. zł rocznie

Kryzys i związane z nim poszukiwanie wszelkich możliwych oszczędności spowodowały wzrost zainteresowania darmowym oprogramowaniem oraz także platformami sprzętowymi open source. Dzięki wolnemu oprogramowaniu zaczęły powstawać otwarte projekty urządzeń, które zawierają schemat, projekt PCB, wykaz elementów oraz oprogramowanie. Dziedzina ta rozwija się od dawna, jednak dopiero rozwój gotowych platform, które można kupić w kilku produkowanych wer-

sjach i dopasować do własnych potrzeb (Arduino, Amicus18, Beagleboard, Hawkboard, Raspberry Pi i inne), spowodował, że przekroczona została konieczna do rozwoju masa krytyczna zainteresowania. Jednym z ważniejszych czynników ułatwiających powstawanie platform open hardware i bezpłatnego oprogramowania open source jest znacząca rola społeczności inżynierskiej i hobbystów zgromadzonych wokół forów dyskusyj-

nych, którzy nie tylko kreują kształt powstających produktów, ale czynnie włączają się w prace nad ich powstawianiem. Termin ten określa się jako crowdsourcing i oznacza on wspólną pracę wielu osób na dodatek rozproszonych po całym świecie nad realizacją projektu. Takie rozproszone działania oparte na gronie w dużej mierze przypadkowych osób niesie za sobą ryzyko błędów i braku optymalności, niemniej gdy grupa pracująca nad projektem dobierze się

Raport

Rys. 4. Dla 46% firm sprzedaż narzędzi to niewielki dodatek do biznesu przynoszący co najwyżej 10% obrotów

trafnie i skupi osoby kompetentne, często wynik ich pracy ma charakter innowacyjny. O ile do niedawna takie produkty były obiektem zainteresowania grup społecznościowych skupionych wokół portali i hobbystów, o tyle obecnie coraz częściej są postrzegane przez biznes jako tanie i innowacyjne narzędzie projektowe. Widać to chociażby po tym, że platformy open hardware są akceptowane w biznesie. Dla fi rm oznacza to obniżkę kosztów i skrócenie czasu przygotowania produktu. A to są już wymierne korzyści dla firm.

Oprogramowanie EDA i narzędziowe Ogromna większość urządzeń elektronicznych zawiera obecnie w sobie mikrokontrolery, często nawet więcej niż jeden. Poza częścią sprzętową w takich systemach konieczne jest przygotowanie oprogramowania fi rmware zarządzającego działaniem całości. Innymi słowy, poza oprogramowaniem EDA do tworzenia schematu płytki i symulacji konieczne są inne programy narzędziowe mniejszego kalibru, a więc kompilatory, symulatory i debuggery oraz programy związane z interfejsem JTAG do wgrywania kodu, symulacji w czasie rzeczywistym i testowa-

nia poprawności montażu. Projektanci wykorzystują do tego celu zintegrowane środowiska projektowe zawierające komplet potrzebnych programów połączonych ze sobą w jeden system (IDE – Integrated Design Enviroment). IDE pozwalają na obsługę całej rodziny procesorów o wspólnej architekturze. Z uwagi na ogromną popularność procesorów z rdzeniem ARM coraz większe znaczenie na rynku mają właśnie środowiska IDE dla Corteksów, które obsługują wszystkie procesory oraz wspomagają projektowanie aplikacji dla Linuksa i Androida itp. Stąd też konkurencja w zakresie oprogramowania narzędziowego wydaje się największa właśnie w zakresie IDE dla ARM, bo jest to produkt uniwersalny i wykraczający poza jedną fi rmę i producenta. Podobnie jak w przypadku własnościowych architektur mikrokontrolerów dla ARM, na rynku prawie każdy producent ma coś własnego (zazwyczaj IDE + GCC), są także dostępne bezpłatne narzędzia producentów m.in. takich jak Keil, Atollic, CrossWorks itp.

Dostawcy katalogowi i ich wpływ na rynek Wraz z tym jak zestawy rozwojowe stały się niezbędnym elementem wy-

Rys. 5. Typy narzędzi projektowych, które cieszą się największą popularnością i wielkością sprzedaży

30

Styczeń 2015

Elektronik

korzystywanym w procesie przekształcania pomysłów w gotowe urządzenia, produkty te stały się atrakcyjną pozycją dla katalogowych dostawców podzespołów elektronicznych. W ostatnich trzech latach wszystkie fi rmy tego typu znacznie rozbudowały swoje oferty, nawiązały współpracę z producentami narzędzi, a także za pomocą prowadzonych forów dyskusyjnych zaczęły wspierać projekty open source. Takie działania widać było najbardziej w zakresie promocji komputera jednopłytkowego Raspberry Pi, dzisiaj takich promowanych produktów jest co najmniej kilkanaście. Katalogowi dystrybutorzy w krótkim czasie stali się liczącymi dostawcami narzędzi projektowych, głównie w zakresie sprzętu, ale trzymają rękę na pulsie także w zakresie oprogramowania EDA. Strategia tych działań jest jasna – ofertę trzeba prezentować klientom jak najwcześniej, najlepiej jak rysują schemat i wybierają elementy.

Rynek narzędzi od strony biznesu Na rysunku 1 pokazano zestawienie wzrostów i spadków obrotów dla rynku narzędzi projektowych, łącznie dla platform sprzętowych i oprogramowania w latach 2011–2013. Mimo cały czas nie najlepszej sytuacji i licznych zawirowaniach na rynku, bezsprzecznie widać, że oddziaływanie wydarzeń zewnętrznych na branżę jest ograniczone. Po słabych latach 2009 i 2010, które widać było w poprzedniej edycji naszego opracowania, dwa kolejne były nawet niezłe, bo większość dostawców zanotowała średni wzrost sprzedaży na poziomie 20%. O ile 2012 rok był nawet niezły, 2013 już niestety okazał się taki sobie, co może sugerować pewną cykliczność albo po prostu, że sytuacja nie kieruje się w dobrą stronę. W porównaniu do innych grup podzespołów i komponentów elektronicznych wzrosty obrotów w tym sektorze są i zwykle były zauważalnie niższe w porównaniu do innych atrakcyjnych sektorów jak M2M, LED czy wyświetlaczy. Próba wyjaśnienia tego zjawiska musi się odwołać do wcześniejszych rozważań na temat charakteru naszego rynku bazującego głównie na małych i średnich fi rmach, niskich seriach specjalistycznych produktów. Przy takim profi lu rynku firmy wybierają, o ile mogą, narzędzia darmowe lub te dostarczane przez producentów układów scalonych,

w tym także oprogramowanie. Na taki, a nie inny charakter omawianego biznesu mają również pośrednio wpływ dystrybutorzy komponentów, którzy od lat prowadzą aktywną politykę oferowania klientom dużej wartości dodanej, co oznacza również przekazywanie lub bezpłatne użyczanie narzędzi projektowych. Jest to ich zdaniem metoda na zacieśnienie relacji z klientami oraz zwiększenie szansy na sprzedaż chipów, bo wiadomo, że projektanci do nowych projektów podchodzą przez pryzmat posiadanych do tej pory narzędzi, dorobku w zakresie oprogramowania itp. Przekazanie narzędzi za darmo nierzadko okazuje się jedyną szansą na zmianę, ale firmom, które żyją ze sprzedaży, musi to ograniczać rozwój biznesu.

tu sektora rynku, które pozwalają ocenić potencjał rynku a także jego wielkość. Niemniej choć ograniczyliśmy zakres pytania jedynie do wskazania jednego z przedziałów, a nie do podania konkretnej kwoty, i tak wiele fi rm unikało odpowiedzi, traktując temat ten jak tabu. Stąd dane na ten temat należy traktować jako przybliżone i niestety nie da się z nich oszacować wielkości krajowego rynku. Co trzecia fi rma ma sprzedaż niewykraczającą poza 100 tys. zł rocznie, co czwarta ma obroty mieszczące się w przedziale 1–5 mln, a co dziesiąta wykracza poza 25 mln. Biorąc pod uwagę, że są to kwoty łączne, w których zawierają się także drogie pakiety EDA, nie są to wartości oszałamiające. To, że tylko dla nielicznych

Programowanie grafiki – teraz bez trudu Proste – dzięki wsparciu z GLYN!

Rys. 6. Zdaniem połowy specjalistów narzędzia projektowe dostępne w sprzedaży są drogie, ale jednocześnie wydajne i uniwersalne

Na rysunku 2 przedstawiono wyniki ankiety oceniającej mijający 2014 rok (badanie prowadzone było na początku grudnia 2014 r.). Ponad połowa osób oceniła okres ten jako dobry, a sytuację w ostatnim kwartale prawie dwie trzecie pytanych uznało za lepszą niż była wcześniej. Być może jest to efekt końcówki roku, w której fi rmy, dla których znaczącym odbiorcą są jednostki budżetowe, mają nawał pracy, albo po prostu jest to kwestia kilku domkniętych większych projektów w tym okresie. Na możliwość takiego scenariusza mogą wskazywać mimo wszystko spore procentowe wskaźniki wykraczające na plus i minus tej umiarkowanej oceny.

Obroty, czyli tajne przez poufne Nieodłączną częścią redakcyjnych ankiet są pytania o obroty uzyskiwane z omawianego w ramach rapor-

dostawców narzędzia są wartościową pozycją w ofercie, widać też na rysunku 4, gdzie zilustrowano, jaką część dochodów fi rm stanowią tytułowe produkty. Dla prawie połowy (46%) jest to mały dodatek, odpowiedzialny co najwyżej za 10% sprzedaży. Co dwunasta fi rma wymieniona w tabeli 2 wyspecjalizowała się w tej tematyce i ma większość przychodów z takiej działalności. To w warunkach krajowych normalna sytuacja, bo mimo dość szerokiego ujęcia tematyki narzędzi projektowych nasz rynek jest stosunkowo niewielki, a same produkty niekiedy na tyle specjalistyczne, że potencjalnych klientów nierzadko liczy się na palcach. Konsekwencją niskiego udziału narzędzi w ogólnym biznesie dla dostawców oraz w sumie niewielkiej wielkości tego rynku w kraju jest niezbyt silna konkurencja, która przez 20% ankietowanych została oceniona jako niewielka,

Widzieć, słyszeć i dotykać już po kilku minutach… ...z one-chip solution EVE od FTDI. EVE umożliwia nowoczesne systemy GUI z funkcjami display, audio i dotyku ekspresowo i w minimalnych cenach.  Tak łatwe jak wcześniej w dot-matrix-displays  „Out of the box” – gotowe widżety, funkcje obsługi dźwięku i współrzędnych dotyku.  Zestaw startowy z GLYN zawierający pakiet oprogramowania zoptymalizowany do połączenia z mikrokontrolerem i wyświetlaczem Tutaj dowiesz się jak najszybciej wystartować z tematem: www.glyn.pl

[email protected]

Raport Tabela 2. Dane kontaktowe do firm i główne marki w ofercie Nazwa firmy AM Technologies Conrad Electronic Contrans TI EBV Elektronik Farnell element14 FlowCAD Poland Glyn JM elektronik Kamami Kristech Propox RK-System Transfer Multisort Elektronik WG Electronics PDW Marthel Masters Quantum K.T.T. Computer Controls Evatronix SA

Siedziba Telefon E-mail WWW Marki narzędzi i oprogramowania w ofercie Warszawa 22 532 28 00 [email protected] www.amt.pl ADS Keysight Technologies (Agilent) Kraków 12 622 98 22 [email protected] www.conrad.pl Embedded Artists, STMicro, TI, Atmel, Freescale, Microchip Wrocław 71 325 26 21 [email protected] www.contrans.pl Elprotronic, Sauris, Texas Instruments Wrocław 71 342 29 44 www.ebv.com Altera, Atmel, Freescale, ST, TI Kraków 00 800 121 29 67 [email protected] www.farnell.com/pl Microchip, Freescale, TI, Cadsoft, Accelerated Designs Gdańsk 58 732 74 77 [email protected] www.flowcad.pl LeCroy, Cadence, WISE, BQR, Mecadtron, XJTAG Wrocław 71 782 87 58 [email protected] www.glyn.pl Renesas, Segger, Spansion, Toshiba, IAR, Segger, IAR Systems Gliwice 32 339 69 00 [email protected] www.jm.pl Atmel, Holtek, Segger Legionowo 22 767 36 20 [email protected] www.kamami.pl Atollic, Digilent, Terasic, Embest, Kamami Ustroń 33 487 66 88 [email protected] www.kristech.pl Olimex, Kristech Karczemki 58 712 80 58 [email protected] www.propox.com Propox Grodzisk Maz. 22 724 30 39 [email protected] www.rk-system.com.pl IAR Systems, Spectrum Digital, Rowley, ImageCraft Łódź

42 645 55 55

[email protected]

Warszawa Bielany Wrocł. Straszyn Wrocław Bielsko-Biała Bielsko-Biała

22 847 97 20 71 311 07 11 58 691 06 91 71 362 63 56 33 485 94 90 33 499 59 12

[email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected] [email protected]

a przez 80% tylko jako zauważalna. To prawdopodobnie dlatego, że fi rmy zajmujące się tą tematyką to przedsiębiorstwa powiązane umowami dystrybucyjnymi z dużymi i znanymi światowymi producentami, czyli innymi słowy zaangażowane. Relacje pomiędzy producentami a siecią dystrybucji są trwalsze, sprzedawane produkty mają nierzadko całkiem inne przeznaczenie i odbiorców. Najwięcej tarć występuje pomiędzy dystrybutorami katalogowymi a resztą dostawców. Ci pierwsi na skutek dużej skali działania mają w ofercie wszystkie znane marki, a ceny nierzadko silnie konku-

www.tme.eu

Microchip, MikroElektronika, Embedded Artists

www.wg.com.pl BPM Microsystems, Elnec, Algocraft, JTAG, ARM, KEIL, iSystem www.marthel.pl Nuvoton www.masters.com.pl STM www.quantum.com.pl Lauterbach, XJTAG, Lauterbach, XJTAG www.ccontrols.pl Altium www.evatronix.com Xilinx, Engicam, FlowCAD

rencyjne w stosunku do reszty, co wynika z ich skali działania, ci drudzy oczekują, że klient doceni ich wiedzę i kompetencje nie tylko werbalnie.

Popularne produkty Rynek narzędzi projektowych jest bardzo różnorodny od strony asortymentu. Praktycznie każdy bardziej złożony układ scalony ma swój zestaw startowy lub płytkę testową. Jest wiele sprzętu ogólnego przeznaczenia: programatory, wersje pracujące równolegle (jako tzw. gangi) oraz automaty produkcyjne. Są emulatory, symulatory, de-

buggery dla co najmniej kilkunastu poszczególnych architektur procesorów, narzędzia JTAG do kontroli poprawności montażu i uruchamiania układów i szereg produktów związanych z komunikacją. Do tego dochodzi równie imponująca liczba pozycji oprogramowania. Całość tworzy na tyle duży rynek, że w zasadzie niemożliwe jest skoncentrowanie większości udziałów rynkowych w jednej lub kilku fi rmach, zwłaszcza tych typowych dla krajowego rynku, a więc małych i średnich. Na rysunku 5 pokazane zostały wyniki ankiety przeprowadzonej wśród specjalistów zajmujących się omawianą tematyką na temat tego, które typy narzędzi cieszą się największym powodzeniem i stanowią główny nurt rynku. Zdecydowanie w czołówce lokują się płytki ewaluacyjne i starter kity, a więc produkty specjalizowane, dostarczane często przez dystrybutorów podzespołów. Na drugiej pozycji uplasowały się narzędzia JTAG zapewne z uwagi na duże możliwości projektowe. Narzędzia i programy dostarczane przez producentów chipów wcale nie są notowane wysoko, prawdopodobnie dlatego, że są one tanie, czasem nawet rozdawane za darmo i tym samym o mniejszym znaczeniu biznesowym.

Co się liczy bardziej, a co mniej w narzędziach? Rys. 7. Najważniejsze kryteria ofert handlowych decydujące o wyborze produktów. Warto zauważyć, że na pierwszym miejscu nie wypadła cena, ale możliwości projektowe, jakie ma dane narzędzie

32

Styczeń 2015

Elektronik

Specjaliści uważają, że dostępne narzędzia projektowe są drogie, ale ich wysoka cena odpowiada wysokim mo-

Raport żliwościom projektowym (rys. 6) – takich odpowiedzi udzieliła co druga pytana osoba. Co piąty ankietowany był natomiast zdania, że narzędzia mają dobrze zbalansowane możliwości oraz ceny. Wynik ten różni się od tego, co zanotowane zostało w analogicznym badaniu sprzed trzech lat, bo wtedy wymienione pozycje zamienione były miejscami. Czy to coś oznacza? Chyba tylko to, że wraz z ofensywą narzędzi bezpłatnych oraz subsydiowanych i programów open source rynek się polaryzuje tworząc mu dwa bieguny. Równocześnie możliwości wielu bezpłatnych narzędzi są coraz większe, przez co produkty te wypychają z rynku mierne wyroby, o ograniczonych możliwościach, ale i te, które do tej pory określane były właśnie jako mające „dobry stosunek ceny do parametrów”. Kolejne zestawienie pokazane na rysunku 7 przybliża znaczenie poszczególnych czynników związanych z ofertą handlową w zakresie narzędzi projektowych. Zaskakująco w stosunku do poprzednich rozważań i odmiennie do większości podobnych zestawień wyko-

Rys. 8. Głównymi odbiorcami narzędzi i oprogramowania projektowego w kraju są producenci elektroniki profesjonalnej oraz świat nauki

nywanych przez nas w ramach raportów w „Elektroniku”, cena nie okazała się najważniejsza, a właśnie parametry techniczne i możliwości. Ale tak samo wyszło w ankiecie sprzed trzech lat. Rozdźwięk pomiędzy opiniami werbalnymi specjalistów znających rynek narzędzi, a tym, jak osoby te głosowa-

ły w ankietach, trudno precyzyjnie wytłumaczyć, niemniej wydaje się, że łączy się to właśnie opisaną akapit wyżej polaryzacją rynku. Zdecydowana większość fi rm z tego zestawienia współpracuje z producentami niezależnymi od wytwórców układów scalonych i dystrybutorów komponentów, a więc

Raport Aleksander Kafka Glyn

❚ Jakich zmian jakościowych na rynku narzędzi projektowych możemy spodziewać się w najbliższej przyszłości? Użycie w projekcie dowolnej nowej rodziny mikrokontrolerów zawsze jest

od tej części rynku, która jest związana z tanimi dotowanymi narzędziami. W tym obszarze ważniejsze są możliwości, uniwersalność oraz wsparcie ze strony dostawcy, cena dla tego typu klientów z pewnością nie jest drogowskazem inwestycji. Na koniec warto zerknąć na zestawienie pokazane na rysunku 8, gdzie zilustrowano głównych odbiorców oprogramowania i narzędzi projektowych w Polsce. Na czołowej pozycji są producenci elektroniki profesjonalnej, a więc fi rmy wytwarzające specjalistyczne i niszowe aplikacje z dużym wkładem myśli inżynierskiej. Ale niewiele słabiej oceniono uczelnie wyższe i placówki badawcze, które jak wynika z ankiet są ważnym i liczącym się na rynku odbiorcą narzędzi i programów. Są one potrzebne do prowadzonych badań naukowych, prac realizowanych

związane z koniecznością poniesienia przez producentów elektroniki wielu kosztów inwestycyjnych oraz poświęcenia pracy i czasu na opanowanie nowych technologii. Producenci mikrokontrolerów, a czasem również ich dystrybutorzy, starają się wziąć przynajmniej część tego wysiłku na siebie, m.in. tworząc różnego typu rozwiązania niskokosztowe, które mają na celu umożliwienie klientom wstępną ocenę parametrów mikrokontrolerów albo oferując konstruktorom szeroki program wsparcia technicznego, opierający się na dotychczasowym doświadczeniu. Wydaje się, że ten trend będzie się

w ramach grantów i nauczania studentów i zwykle dotyczą zaawansowanych wersji, stąd pewnie taka, a nie inna pozycja. Dół wykresu przypadł fi rmom zagranicznym obecnym w Polsce oraz producentom kontraktowym. Ci pierwsi zwykle wyposażenie takie przywożą ze sobą z rynków macierzystych, poza tym wiele fi rm projektowych korzystających z naszych zasobów kadrowych już jest w kraju od dawna i największe inwestycje ma za sobą. Ci drudzy zwykle nie zajmują się projektowaniem. To są na razie nieliczne wyjątki w skali kraju, np. Bornico, EAE Elektronik, czyli jest ich za mało, aby zmienić wynik ankiety dla tej pozycji.

Dostawcy oprogramowania projektowego W zakresie dużych uniwersalnych pakietów oprogramowania EDA, łączą-

utrzymywał i że dalej wzrastać będzie zaangażowanie dostawców we wspieranie rozwoju projektów. Szybko zmieniające się zapotrzebowanie rynku, otwieranie się nowych nisz produktowych, a co za tym idzie i oferta handlowa, będą wymuszały na producentach dużą elastyczność. Wzrastała będzie też presja na skrócenie czasu trwania wdrożenia projektów. Zatem czas i ich koszty będą dla działów konstrukcyjnych coraz istotniejsze. Zdobyte przez konstruktorów doświadczenie oraz ich przyzwyczajenia, będą miały kluczowe znaczenie. Wzrastać też będzie konkurencja między dostawcami na tym rynku.

cych w ramach jednego zintegrowanego systemu wiele narzędzi, takich jak edytor schematów, program do projektowania płytek drukowanych, autorouter, symulator oraz narzędzia wspomagające projektowanie układów programowalnych, na rynku w ostatnim okresie doszło do kilku przetasowań. Dystrybucją produktów Altium zajęła się firma Computer Controls, fi rma Evatronix we współpracy z FlowCAD-em zajęła się promocją OrCAD-a. Poza tym zmian nie ma: Gamma jest dystrybutorem programu PADS Mentor Graphics, zaś Eagle oferuje Farnell element14. Dodatkowo Farnell nawiązał współpracę z Altium i będzie miał w ofercie program Circuit Maker, który uzupełni Eagla w trudniejszych projektach. Poza dużymi pakietami oprogramowania EDA ważną część rynku tworzą narzędzia dla mikrokontrolerów, a więc kompilatory, symulatory i debuggery, stosy programowe oraz środowiska IDE do tworzenia systemów embedded. Dostawcą takich programów jest fi rma WG Electronics, sprzedająca oprogramowanie firm Keil, ARM i iSystem oraz produkty do „boundary-scan” fi rmy JTAG Technologies. Kolejnymi firmami tego typu na rynku są RK-System, a także Kamami i JM elektronik. Większość wymienionych firm nie ogranicza oferty do oprogramowania i sprzedaje też narzędzia sprzętowe.

Dostawcy narzędzi sprzętowych Rys. 9. Ocena skali piractwa oprogramowania inżynierskiego w Polsce. Z każdym kolejnym rokiem wyniki są coraz lepsze, te aktualne wyglądają już całkiem nieźle

34

Styczeń 2015

Elektronik

Dostawców narzędzi do projektowania elektroniki można podzielić na dwie wyraźnie zarysowane grupy o zbliżo-

Inne materiały na temat narzędzi deweloperskich i oprogramowania EDA w poprzednich numerach „Elektronika”

Raport

nych profi lach. Pierwszą z nich stanowią dystrybutorzy podzespołów elektronicznych, którzy mają też w ofercie powiązane narzędzia. Taki model działalności jest popularny, gdyż komponenty i narzędzia są silnie ze sobą powiązane tematycznie i nierzadko dostępność narzędzi warunkuje sprzedaż podzespołów i odwrotnie. Przykładem takich przedsiębiorstw w tym raporcie jest WG Electronics, JM elektronik, EBV oraz dystrybutorzy katalogowi: Farnell element14, TME, Conrad, którzy nierzadko mają silnie konkurencyjną ofertę handlową w porównaniu z resztą. Drugą grupę tworzą fi rmy, które produkują samodzielnie narzędzia projekTabela 3. Plan raportów „Elektronika” na najbliższe miesiące Miesiąc

Temat raportu

Luty 2015

Złącza sygnałowe

Marzec 2015

Drukarki, znakowarki, etykieciarki

Kwiecień 2015

Montaż kontraktowy elektroniki

towe, np. Glyn wytwarzający zestawy startowe z mikrokontrolerami Renesasa i wyświetlaczami, Propox, RK-System, produkujący programatory i emulatory oraz Kristech, Kamami. Nie zawsze to, co jest w ofercie, pochodzi tylko z produkcji własnej.

Przegląd ofert dostawców W tabeli 1 przedstawiamy przegląd ofert dostawców narzędzi projektowych. Ma on charakter ogólny bez wnikania w szczegóły techniczne. W podziale na kilka głównych grup produktów podajemy, czy dana fi rma ma je w ofercie, czy też nie. W ten sposób tabela z przeglądem ofert odgrywa rolę wskazówki i jest wstępem do dalszych kontaktów. Główne kategorie to programatory, emulatory dla mikrokontrolerów, zestawy uruchomieniowe dla PLD i DSP, zestawy ewaluacyjne, starter kity oraz narzędzia, oprogramowanie EDA i sprzęt produkcyjny. Taki podział obejmuje znakomitą większość omawianych w tym zestawieniu produktów. Robert Magdziak

Raporty ● Biura inżynierskie – EL 3/2013 ● Mikrokontrolery – EL 1/2013 ● Narzędzia deweloperskie – EL 7/2012 Teksty techniczne ● Projektowanie i wybór modułów M2M – EL 11/2014 ● Systemy operacyjne czasu rzeczywistego – charakterystyka i kryteria wyboru – EL 6/2014 ● Styl programowania a jakość programów – EL 4/2014 ● Debugowanie procesorów wielordzeniowych – EL 3/2013 ● Analiza błędów oprogramowania w systemach wbudowanych – EL 3/2012 Wymienione teksty są dostępne na naszym portalu: www.elektronikab2b.pl

Źródłem wszystkich danych przedstawionych w tabelach oraz na wykresach są wyniki uzyskane w badaniu ankietowym przeprowadzonym wśród dostawców oprogramowania i narzędzi do projektowania elektroniki w Polsce.

Elektronik

Styczeń 2015

35

Raport | Prezentacje

Zestawy startowe i ewaluacyjne dla mikrokontrolerów STM32 Jednym z elementów budujących popularność mikrokontrolerów STM32 były i są tanie i łatwo dostępne zestawy startowe i ewaluacyjne oraz inne narzędzia, których ofertę producent konsekwentnie poszerza. Fundamentem tej części oferty są doskonale znane DISCOVERY, które – jak można się spodziewać – będą w niektórych zastosowaniach wypierane przez coraz bardziej popularne zestawy NUCLEO. W artykule przedstawiamy cechy, wyposażenie i możliwości zestawów startowych i ewaluacyjnych firmy STMicroelectronics.

P

otencjał rynkowy szerokich rzesz niewielkich klientów jest zazwyczaj skrzętnie ignorowany przez duże fi rmy półprzewodnikowe, co skutkuje niewielką popularnością oferowanych

przez nie rozwiązań. Firma STMicroelectronics wprowadzając do sprzedaży mikrokontrolery STM32 przyjęła inną strategię, która okazała się skuteczna i zaowocowała niebywałym sukcesem: są to obecnie bez wątpienia najbardziej popularne mikrokontrolery i to nie tylko w naszym kraju. Strategia promocyjna fi rmy polegała na udostępnieniu konstruktorom naprawdę tanich narzędzi, zarówno programatora-debuggera JTAG/SWD (ST-Link i jego kolejne generacje), jak i wielu rodzajów zestawów startowych i ewaluacyjnych, które pokrótce przedstawimy w artykule. Zaczniemy od najtańszych i najnowszych w ofercie produkcyjnej – zestawów z serii NUCLEO.

Rodzina STM32NUCLEO

Fot. 1. Zestaw STM32NUCLEO

36

Styczeń 2015

Elektronik

Zestawy STM32NUCLEO miały światową premierę w lutym 2014 roku podczas norymberskich targów Embedded World. Ich producent dostrzegł poten-

cjał systemu Arduino, dlatego zestawy STM32NUCLEO są z nim mechanicznie i elektrycznie zgodne. Ze względu na zastosowanie w NUCLEO mikrokontrolerów o liczbie wyprowadzeń znacznie przewyższającej standardowe rozwiązania Arduino (LQFP64), konstruktorzy zestawów zastosowali dodatkowe złącza szpilkowe, na które wyprowadzono wszystkie linie GPIO mikrokontrolera oraz sygnały pomocnicze. Ten alternatywny system złącz nazwano Morpho, umożliwia on wykorzystanie całego potencjału mikrokontrolerów zastosowanych w zestawach. Wygląd zestawu STM32NUCLEO z mikrokontrolerem STM32F030 pokazano na fot. 1. Obecnie dostępne są wersje tych zestawów wyposażone w modele mikrokontrolerów STM32 ze wszystkimi wersjami rdzeni (Cortex-M0, Cortex-M0+, Cortex-M3 i Cortex-M4F), pochodzącymi ze wszystkich podstawowych podrodzin, w tym także STM32L.

Prezentacje | Raport Niezależnie od typu zastosowanego mikrokontrolera, wszystkie wersje zestawów STM32NUCLEO wyglądają tak samo i mają takie same – skromne – wyposażenie. Użytkownik ma do dyspozycji jeden mikroswitch i jedną LED, pozostałe elementy interfejsu użytkownika (2×LED i mikroswitch) spełniają funkcje zdefiniowane przez producenta. Integralną częścią wyposażenia zestawów STM32NUCLEO jest programator-debugger JTAG/SWD, który jest zgodny z interfejsem ST-Link/v2-1. Jego fi rmware realizuje – poza obsługą programatora i debuggera także funkcję wirtualnego COM-a, umożliwiającego wygodną komunikację mikrokontrolera z terminalem lub aplikacją działającą na PC, bez konieczności stosowania dodatkowych interfejsów, konwerterów itp. Programatory-debuggery niektórych wersji STM32NUCLEO producent wyposażył w dodatkowy tryb pracy interfejsu USB: mikrokontroler programatora może emulować tryb pracy mass-storage, który służy do obsługi programowania pamięci Flash z poziomu zdalnego środowiska programistycznego mbed. Jak widać, standardowe wyposażenie zestawów STM32NUCLEO nie jest bogate, ale dzięki zgodności ze standardem Arduino użytkownicy mogą korzystać z zasobów sprzętowych tego systemu, którego możliwości ogranicza obecnie wyłącznie wyobraźnia użytkownika. Firma STMicroelectronics

Fot. 2. Ekspander dla STM32NUCLEO – X-NUCLEO-NFC01 do testowania aplikacji NFC/RFID

przygotowuje własne ekspandery dla NUCLEO (na fot. 2 pokazano jeden z dostępnych – X-NUCLEONFC01 do testowania aplikacji NFC/RFID), zorientowane przede wszystkim na prezentację możliwości podzespołów oferowanych przez tę fi rmę.

Rodzina DISCOVERY Starszą od NUCLEO rodziną tanich zestawów startowych są płytki DISCOVERY, których pierwsze modele pojawiły się na rynku niemal jednocześnie z pierwszymi mikrokontrolerami STM32. Obecnie dostępnych jest wiele typów zestawów z tej serii, charakteryzujących się odmiennym, lecz bogatym, wyposażeniem, które dobrano w taki sposób, żeby pokazać najważniejsze cechy lub optymalne obszary aplikacyjne zastosowanych mikrokontrolerów. Przykładowo: • zestaw STM32F429I-DISCO (fot. 3) jest przykładem implementacji zaawansowanego systemu graficznego z mikrokontrolerem STM32F429 oraz kolorowym wyświetlaczem LCD-TFT, touch panelem oraz zewnętrzna pamięcią SDRAM, obsługiwane przez interfejsy i kontrolery wbudowane w mikrokontroler, • zestaw STM32F401C-DISCO (fot. 4) jest przykładem systemu cyfrowego audio, wykonanym na mikrokontrolerze STM32F401, wyposażonym w mikrofon MEMS, przetwornik C/A, wyjściowy tor analogowy oraz sensory MEMS, które można wykorzystać we własnych eksperymentach, • zestaw STM32L0538-DISCO (fot. 5) to z kolei przykład systemu energooszczędnego, wykonanego na mikrokontrolerze z rdzeniem Cortex-M0+, który za pomocą aplikacji demonstracyjnej obsługuje wyświetlacz e-paper i monitoruje natężenie prądu pobieranego w różnych trybach pracy przez CPU. Pokazane przykłady ilustrują zaledwie część możliwości oferowanych użytkownikom przez zestawy DISCOVERY, których obecnie jest dostępnych aż 9 typów. Wspólnym elementem ich wyposażenia jest wbudowany programator-debugger ST-Link/ v2, pozostałe elementy wyposażenia są charakterystyczne dla konkretnych zestawów, są to m.in. sensory kompasowe, sterowniki LED średniej mocy, nastawniki i klawiatury zbliżeniowe czy

Fot. 3. Wygląd zestawu STM32F429I-DISCO

monochromatyczny wyświetlacz LCD. Wszystkie zestawy z serii DISCOVERY wyposażono także w złącza szpilkowe gold-pin, na które wyprowadzono linie GPIO mikrokontrolerów, linie zasilające oraz sygnały pomocnicze. Niestety rozmieszczenie fi zyczne tych złączy i przypisanie sygnałów do poszczególnych szpilek nie są jednolite we wszystkich zestawach, w związku z czym nie powstała wokół nich infrastruktura ekspanderów funkcjonalnych jak w przypadku Arduino, do każdego zestawu konieczne jest budowanie dedykowanych rozwiązań lub trzeba korzystać z ekspanderów uniwersalnych. Zestawy DISCOVERY, podobnie do NUCLEO, charakteryzują się niskimi cenami, ułatwiając szybkie i tanie rozpoczęcie prac z mikrokontrolerami STM32.

Fot. 4. Wygląd zestawu STM32F401C-DISCO

Elektronik

Styczeń 2015

37

Raport | Prezentacje

Fot. 5. Wygląd zestawu STM32L0538-DISCO

EVAL Historycznie najstarszą serią zestawów narzędziowych dla mikrokontrolerów STM32 jest seria EVAL (np. STM3240GEVAL – fot. 6), które charakteryzują się bogatym wyposażeniem, pozwalającym kompleksowo testować możliwości mikrokontrolerów i są przeznaczone do prowadzenia prac badawczych w profesjonalnych laboratoriach R&D. Przykładem wyspecjalizowanego wyposażenia zestawu EVAL, które ma na celu umożliwienie szybkiej ewaluacji mikrokontrolera przez konstruktorów jest m.in. zestaw STM32373C-EVAL (fot. 7), który – poza wieloma standardowymi elementami – wyposażono w analogowy tor wejściowy oraz złocone elektrody do uproszczonego pomiaru EKG. Standardowym elementem wyposażenia zestawów EVAL jest programator-debugger ST-Link, za pomocą którego można programować pamięć Flash mikrokontrolera, debugować przygotowywany program i monitorować jego pracę. Firma STMicroelectronics oferuje obecnie kilkanaście typów zestawów EVAL oraz specjalistycznych ekspanderów dla nich, jak na przykład: STM32100B-MCKIT do projektowania

Fot. 6. Wygląd zestawu STM3240G-EVAL

38

Styczeń 2015

Elektronik

Fot. 8. Wygląd sprzętowej części zestawu STM3220G-JAVA

Fot. 7. Wygląd zestawu STM32373C-EVAL

trolery pakiety bibliotek STM32CubeFx/ Lx, w skład których wchodzą: drivery do sprzętu z interfejsem HAL, system plików, prosty RTOS, biblioteki Touch Sensing oraz podstawowe biblioteki z procedurami graficznymi. Biblioteki STM32CubeFx/Lx są dostępne w pakietach dla poszczególnych rodzin mikrokontrolerów (np. dla STM32L0 – STM32CubeL0). Jak widać z tego krótkiego przeglądu, wybór narzędzi dla konstruktorów korzystających z mikrokontrolerów

i testowania aplikacji „silnikowych”, aplikacji IoT (STM32429I-EVAL) czy zestaw narzędzi do tworzenia aplikacji w Javie (np. STM3220GJAVA – fot. 8). Wyposażenie i ukierunkowanie aplikacyjne zestawów EVAL powoduje, że są one znacznie droższe niż narzędzia wcześniej opisane, warto jednak wziąć pod uwagę, że z zestawami Rys. 9. Okno pakietu STM32CubeMX z przykładową konfigusą często dostarczane racją mikrokontrolera STM32F401 elementy (m.in. biblioteki programistyczne) oferowane wy- STM32 jest szeroki, wyraźnie wchodzą łącznie jako integralny element zestawu. one w okres dojrzały: zarówno wyposażenie poszczególnych podrodzin mikroNie tylko sprzęt kontrolerów jak i biblioteki wspierające Firma STMicroelectronics rozwija od programistów poukładano w przejrzypewnego czasu bezpłatne narzędzia dla sty, wygodny sposób. Czy są jakieś arguprogramistów korzystających z tanich menty przeciw? platform sprzętowych – przede wszystPiotr Zbysiński kim NUCLEO. Chodzi o coraz bardziej popularny pakiet graficznego konfiguratora mikrokontrolerów STM32 o nazwie STM32CubeMX (rys. 9) oraz wspomagaSTMicroelectronics www.st.com jące tworzenie aplikacji na te mikrokon-

Prezentacje | Raport

Wybór mikrokontrolera do nowych projektów: 8- czy 32-bitowy?

Wzrost popularności 32-bitowych mikrokontrolerów w ostatnich latach jest ogólnie znany. Możliwości, jakie dają mikrokontrolery 32-bitowe i bogactwo układów peryferyjnych tłumaczą, dlaczego doświadczeni konstruktorzy wybierają je do nowych projektów. Konstruktorzy doskonale zdają sobie sprawę z tego, że coraz bardziej skomplikowane urządzenia wymagają dużej mocy obliczeniowej. Nie bez znaczenia są też zintegrowane peryferia oraz łatwy dostępu do narzędzi programistycznych oraz bibliotek.

W

iększość 32-bitowych mikrokontrolerów jest opartych na bardzo popularnych rdzeniach ARM i w związku z tym konstruktorzy mają pewność, że będą mogli skorzystać z narzędzi z różnych źródeł, szerokiego zakresu zestawów uruchomieniowych oraz sprzętu do testowania. Bliższe spojrzenie na trendy panujące na rynku mikrokontrolerów ujawnia, że nie tylko 32-bitowe mikrokontrolery wykazują znaczny wzrost popularności. Wzrost sprzedaży mikrokontrolerów 8-bitowych jest zbliżony do 32-bitowców – 6,4 w porównaniu do 6,9% dla procesorów 32-bitowych. Inni analitycy podają, że tempo wzrostu sprzedaży mikrokontrolerów 8- i 32-bitowych jest identyczne. Trend wzrostowy w zakresie 8-bitowych mikrokontrolerów wyraźnie podkreśla, że musi być jakiś istotny powód, dla którego 8-bit MCU są stale stosowane. Celem tego artykułu jest przedstawienie powodów, dla których 8-bitowe mikrokontrolery zachowują duży udział w rynku mikrokontrolerów.

Istotne różnice Podstawową różnicą pomiędzy układami 8- i 32-bitowymi są: struktura kosztów i cen, wydajność procesora, łatwość obsługi, wydajność sprzętowa oraz statyczny pobór energii. Przy tworzeniu nowego projektu konstruktorzy muszą starannie oszacować wymagania dla MCU, biorąc pod uwagę wydajność, niezbędną liczbę interfejsów i dla urządzeń zasilanych bateryjnie – wszystkie istotne źródła poboru prądu. Bez wątpienia układy 32-bitowe są wydajniejsze niż 8-bitowe, ale inżynierowie muszą wybrać pomiędzy tym, co najlepszego jest dostępne na rynku, a rzeczywistymi wymaganiami aplikacji. I jest to raczej wybór pomiędzy

tym, co jest odpowiednie dla aplikacji, a nie ilu bitowy rdzeń procesora powinien być zastosowany. Naturalnie na tę decyzję ogromny wpływ ma także koszt elementów. Krótko mówiąc, dla mniejszej liczby bramek prostsza jednostka 8-bitowa będzie tańsza od 32-bitowej. Porównując mikrokontrolery 8- i 32-bitowe najbardziej popularnych i wiodących producentów, każdy 8-bitowy mikrokontroler, który ma podobną wielkość pamięci Flash, liczbę wyjść itp. będzie o ok. 20% tańszy. Ale jest to tylko jeden z powodów. Kolejnym ważnym aspektem jest łatwość, z jaką projektant może przystąpić do tworzenia nowej konstrukcji opartej na 8-bitowych mikrokontrolerach.

Tabela 1. Udział w rynku elektroniki wybranych grup mikrokontrolerów, źródło: iSuppli 2012 2013 2014 2015 2016 2017 Półprzewodniki razem 325 339 361 385 395 413 Mikrokontrolery razem 16 16,2 17,2 18,8 19,3 20,5 4-bitowe 154 159 161 157 145 133 8-bitowe 6057 6565 6936 7532 7768 8259 16-bitowe 4021 3611 3765 4060 4053 4019 32-bitowe 5776 5868 6349 7050 7341 8069

Elektronik

CAGR 4,9% 5,1% –2,8% 6,4% 0% 6,9%

Styczeń 2015

39

Raport | Prezentacje Łatwość w tworzeniu nowych konstrukcji

Tabela 3. Pobór prądu wybranych mikrokontrolerów Tryb statyczny Tryb statyczny Liczba Tryb CPU Rodzina Flash (1) w 25ºC (2) w 85ºC (2) pinów aktywny 32-bity ARM Atmel SAM D20 16-256 KB 32–64 140 μA/MHz 2 μA 85 μA Cortex M0+ 32-bity ARM Freescale K20 32-160 KB 32–64 280 μA/MHz 1,9 μA 30 μA Cortex M4 Atmel ATmega X8PA 8-bitowy AVR 4-32 KB 28–32 300 μA/MHz 100 nA 2 μA ST STM8S00X 8-bitowy STM 8-64 KB 20–48 230 μA/MHz 4,5 μA 17 μA (1) CPU aktywny, praca z wewnętrznej pamięci przy 3 V i typowych warunkach (2) CPU nieaktywny z podtrzymaniem SRAM i zasilaniu 3 V

Uruchomienie pierwszej działającej aplikacji na mikrokontrolerze opartym o rdzeń ARM Cortex-M wymaga znajomości architektury oraz wiedzy na temat systemu taktowania rdzenia oraz peryferiów. Należy zadbać o ustawienie taktowania dla rdzenia, magistrali AHB, APBA, pamiętać należy także o liczbie cykli oczekiwania dla pamięci Flash. Zupełnie inaczej wygląda to w przypadku układów 8-bitowych Atmela. Na przykład tinyAVR oraz megaAVR wymagają zainicjowania wskaźnika stosu, co zazwyczaj zabiera 4 linie kodu i aplikacja jest gotowa do startu. Wybór źródła taktowania, poziomu zadziałania dla brown-out detectora, resetu są pre-programowane i z domyślnymi wartościami układ jest w stanie działać. W układach 8-bitowych układy peryferyjne oraz CPU pracują na tych samych częstotliwościach, w związku z tym projektanci nie muszą obawiać się opóźnień w synchronizacji pomiędzy poszczególnymi elementami.

la na współdziałanie urządzeń peryferyjnych bez udziału rdzenia mikrokontrolera (CPU). Pozwala to peryferiom na przesyłanie sygnałów wprost do innych bloków i zapewnia krótki i w 100% przewidywalny czas reakcji. Podczas pełnego korzystania z funkcjonalności systemu zdarzeń możliwa jest konfiguracja układu, aby wykonywał skomplikowane operacje z niewielkim udziałem procesora (CPU), oszczędzając jednocześnie cenną pamięć oraz czas wykonania. W takiej sytuacji szybkość procesora nie jest jedynym decydującym czynnikiem. Należy zadać pytanie, ile cykli zajmie odpowiedź na przerwania, uruchomienie obsługi przerwania ISR Wydajność oraz powrotu z niego. Jak pokazuje poniższy przykład, 8-bitowy W rzeczywistości większość konstrukcji nie ma wysokich mikrokontroler będzie bardziej wydajny w zakresie obsługi zdawymagań obliczeniowych. Zwykle wymagane są niewielkie rzenia. Weźmy pod uwagę prosty przykład otrzymania 1 bajta operacje na danych, dlatego zbilansowanie rzeczywistych po- na interfejsie SPI, wykorzystując przerwanie do jego wykrycia, trzeb z wymaganiami dotyczącymi zużycia energii oraz połą- a następnie uruchamiając proste ISR do odczytania bajta z obczeniami peryferiów jest niezbędne. wodowego SPI i przechowania go w pamięci SRAM. Na przykład prosty termostat większość czasu jest w stanie Tabela 2 zawiera porównanie pomiędzy 8-bitowym mikrouśpienia. Budzi się, aby zmierzyć temperaturę, a następnie włą- kontrolerem Atmel AVR i 32-bitowym ARM Cortex M0+. cza lub wyłącza przekaźnik lub przesyła instrukcje do kontro- Wymagane 12 cykli w stosunku do 33 cykli równe jest teolera hosta i ponownie wpada w stan uśpienia. Wymagania ob- retycznie maksymalnej przepustowości SPI – 1,67 MB/s (13,3 liczeniowe tej aplikacji są małe podobnie jak wiele innych apli- Mbps) dla 8-bit CPU i 606 KB (4,8 Mbps) dla 32-bitowego CPU, kacji – detektory ognia, elektronarzędzia, przepływomierze, gdy działają z częstotliwością 20 MHz. czy urządzenia kontroli. Wydajność przetwarzania numerycznego może mieć także wpływ na stos i wymaganą pamięć. Zastosowanie algoWymagania sprzętowe rytmu Fibonacciego jest bardzo dobrym sposobem na testoWiele współczesnych mikrokontrolerów ma zintegrowa- wanie wymagań pamięciowych. Ponieważ używa się tylko ne różnego rodzaju funkcjonalności bezpośrednio związane zmiennej lokalnej, wszystko musi być wrzucone do stosu. z hardware. W przypadku Atmela zarówno rodzina AVR 8-bi- Gdy porównujemy mikrokontrolery 8-bit AVR z ARM 32towa, jak i ARM 32-bitowa jest to tzw. event system (system bit Cortex-M0+ oraz zastosujemy 15-stopniowy rekurencyjzdarzeń). Jest on zestawem funkcji sprzętowych, który pozwa- ny algorytm Fibonacciego, AVR korzysta w sumie z 70 bajtów stosów, włączając w to 30 poTabela 2. Porównanie układów 8- oraz 32-bitowych dla wybranego scenariusza wrotów (15 głębokich wywołań). 8-bitowy AVR 32-bitowy Cortex Akcja Komentarz Mikrokontroler oparty na platfor(cykle) M0+ (cykle) mie ARM używa 192 bajty (60 bajWykrycie przerwania i skok do wskaźnika 3 12 tów to stos powrotów). Oznacza to, W układach AVR nie jest wymagana, gdyż każde źródło przerwań ma swój że CSTACK jest przeszło trzykrotIdentyfikacja przerwania 0 6 wektor przerwań. Dla układu Cortex M0+ nie większy od rozwiązań 8-bitolimitem są 32 źródła wych. Potwierdza to fakt, iż aplikaW układach Cortex M0+ niewymagane, Odłożenie rejestru na stos 1 0 gdyż wykrycie przerwania odkłada cja na 32-bitowym mikrokontroleautomatycznie 8 rejestrów na stos rze wymagać może 1,5–3 razy więPrzy założeniu, że układy peryferyjne i CPU Odczyt bajtu z SPI do rejestru 1 2 cej pamięci SRAM w porównaniu taktowane są z tą samą szybkością do układu 8-bitowego. Zapis odebranego bajta do SRAM 2 2 Zdjęcie rejestru ze stosu

1

0

Powrót z przerwania Cykle w main () zanim następne przerwanie może być obsłużone Minimalna liczba cykli do odebrania bajtu z SPI za pomocą przerwań

3

10

1

1

12

33

40

Styczeń 2015

Elektronik

W układach Cortex M0+ niewymagane, gdyż powrót z przerwania automatycznie zdejmuje ze stosu stan 8 rejestrów

Pobór energii Na koniec należy przyjrzeć się kolejnemu ważnemu czynnikowi, jakim jest pobór energii statycznej. Może on być kluczowym czynnikiem decydującym o wyborze pomiędzy mikro-

Prezentacje | Raport kontrolerami 8- i 32-bitowymi, szczególnie dla w aplikacjach z zasilaniem bateryjnym. Tabela 3 ilustruje różnice w poborze energii między tymi mikrokontrolerami, zarówno w trybie statycznym, jak i aktywnym. Agresywne technologie produkcyjne skutkują wzrostem prądu tranzystora, który podwaja się z każdym kolejnym procesem i jest proporcjonalny do liczby bramek. Ponadto upływ prądu gwałtownie rośnie w wyższych temperaturach, co może mieć znaczenie nawet w przy projektach konsumenckich. Wszędzie z sobą zabieramy telefony komórkowe, czy osobiste odtwarzacze multimedialne i wielokrotnie mogliśmy się przekonać, że latem temperatury w samochodzie często przekraczają 40ºC. Ilość czasu, jaką mikrokontroler spędzi w trybie aktywnym w stosunku do trybu statycznego ma znaczący udział w całkowitym poborze energii przez aplikację. Naturalnie stosunek trybu aktywnego do statycznego różni się w zależności od wymagań danej aplikacji. Biorąc pod uwagę wcześniejszy przykład przerwania SPI (tabela 2) i przy założeniu, że przepustowość danych SPI wynosi 80 kbps, 8-bitowy mikrokontroler 1,2% czasu spędzi w trybie aktywnym w porównaniu do 3,3% w przypadku mikrokontrolerów 32-bitowych. Tabela 4. Średni pobór prądu układów 8- oraz 32-bitowych Budżet energetyczny 8-bitowy AVR 32-bitowy Cortex M0+ Tryb aktywny na 10 MHz 1,2%×3000 μA 3,3%×1400 μA Tryb uśpienia 98,8%×0,1 μA 96,7%×2 μA Średni pobór 36,1 μA 48,1 μA

Pobór energii zmienia się także wraz z technologią półprzewodnikową wykorzystaną w procesie produkcji. Ogólnie im bardziej zaawansowany proces tym niestety większe są prądy upływu w tranzystorach stanowiących bazę układu, co przekłada się na większy pobór mocy w stanie statycznym. Wraz z postępem w zakresie miniaturyzacji układów scalonych wartość natężenia prądu upływu jest bowiem na tyle duża, że straty mocy z tym związane mogą stanowić nawet 50% całkowitej mocy rozpraszanej w danym układzie. Istotne jest również to, że jest to stały składnik bilansu energetycznego, którego wartość może dodatkowo wzrastać wraz ze wzrostem temperatury. Czyli układy 8-bitowe wykonane w starszych procesach mogą mieć lepsze parametry w zakresie poboru statycznego prądu, zwłaszcza w wyższych temperaturach. Dlatego wybierając mikrokontroler warto zdecydować się na taki model, w projekcie oraz produkcji którego zaimplementowano rozwiązania zmniejszające natężenie prądu upływu.

Wnioski Na rozważania, czy w przyszłym projekcie zastosować 8 czy 32-bitowe mikrokontrolery wpływa wiele różnych czynników. Prowokują one wiele dyskusji, ale z pewnością oszacowanie wymagań technicznych dla MCU jest sporym wyzwaniem dla inżynierów. Obecnie istnieje wiele 8-bitowych mikrokontrolerów, które spełniają potrzeby przetwarzania na niskim poziomie oraz łączności bezprzewodowej. Na przykład seria Atmel ATmegaRFR2 ma chip 2,4 GHz zgodny z IEEE 802.15.4, który jest idealnym rozwiązaniem łączności bezprzewodowej dla tanich urządzeń zasilanych bateryjnie. Ingar Fredriksen i Pal Kastnes, Atmel

JM elektronik sp. z o.o., tel. 32 339 69 00 [email protected], www.jm.pl

Elektronik

Styczeń 2015

41

Raport | Prezentacje

OrCAD i Allegro – skalowalna platforma EDA Można spotkać się z  twierdzeniem, że oprogramowanie OrCAD i  Allegro to w istocie dwie nazwy tego samego produktu EDA. W artykule wyjaśniamy, w jaki sposób te programy wspólnie tworzą skalowalną platformę projektowania urządzeń elektronicznych, przydatną zarówno dla największych korporacji, jak i dla indywidualnych projektantów. Allegro – modułowe narzędzie do najtrudniejszych zadań Oprogramowanie Allegro firmy Cadence powstało, by sprostać najbardziej zaawansowanym wyzwaniom w projektowaniu obwodów drukowanych dla urządzeń Hi-Speed. Rozwój technologii i stopień skomplikowania układów sprawiły, że twórcy Allegro wprowadzili dodatkowe moduły rozszerzające funkcjonalność programu. Moduły te odciążają projektanta od żmudnej, czasochłonnej pracy, realizując bardzo skomplikowane algorytmy automatycznego wyrównywania długości magistral i par różnicowych dzięki modułom High Speed oraz Design Planning. Podczas projektowania układów z szybkimi magistralami nie można zapomnieć o problemach związanych z integralnością sygnałów, które w rozwiązaniu fi rmy Cadence rozpatrywane są w znaczeniu integralności sygnałów (Signal Integrity) i jakości zasilania układów, które te sygnały wykorzystują (Power Integrity).

Signal Integrity + Power Integrity = Signal Quality Za pomocą dedykowanych narzędzi można rozwiązać problemy rozprowa-

42

Styczeń 2015

Elektronik

dzenia sygnałów logicznych o odpowiedniej jakości pomiędzy buforami I/O układów cyfrowych. Dodatkowa analiza zasilania pozwala zaplanować i sprawdzić sposób doprowadzenia oraz zmagazynowania energii potrzebnej do prawidłowej pracy układów przełączających, gdzie istotne jest uwzględnienie pojemności magazynujących energię (tank), pojemności blokujących, a nawet pojemności pomiędzy warstwami Power Plane. Kolejnymi modułami są moduł wysokich częstotliwości (Analog/RF) wspierający projektowanie anten oraz układów fi ltrów i wzmacniaczy wysokiej częstotliwości. Postępująca miniaturyzacja i optymalizacja zabudowy układów elektronicznych stworzyła wymagania dla opracowania modułu wspierającego technologie elementów zagrzebanych i obwodów sztywno-giętkich z rzeczywistym mechanicznym zachowaniem się zginanego obwodu, nawet z obsadzonymi komponentami. Te zadania realizuje moduł Miniaturization. Rosnący stopień skomplikowania układów sprawił również, że fi rma Cadence zwróciła szczególną uwagę na mechanizmy kontroli reguł projektowych i wydajność silnika odpowiedzialnego za edycję, sprawdzanie reguł

w czasie rzeczywistym (On-Line) oraz natychmiastowe odświeżanie obszaru roboczego PCB. Te wymagania, jak również generowanie plików wyjściowych CAM, fi rma Cadence stawia na pierwszym planie. Oprogramowanie Allegro w pełni wspiera wielordzeniową 64-bitową architekturę stacji roboczej, projektant może więc tworzyć nawet najbardziej skomplikowane płyty wielowarstwowe (powyżej 20 warstw) bez obaw, że w pewnym momencie oprogramowanie zacznie zwalniać. Przekonywującym dowodem na to, że proces projektowania oparty na oprogramowaniu Allegro wraz z odpowiednim zestawem modułów rozszerzających może sprostać wymaganiom najbardziej wymagających klientów, jest lista referencyjna użytkowników Allegro. Wśród firm, które używają rozwiązania zaproponowanego przez Cadence, znajdują się takie koncerny jak Intel, IBM, Xilinx czy Aldec (którego centrum projektowe znajduje się w Polsce).

OrCAD dla każdego Można zadać pytanie, co z użytkownikami, którzy potrzebują oprogramowania EDA do projektowania płytek ze znacznie mniej skomplikowanym stosem warstw? Z myślą o tej grupie klientów fi rma Cadence opracowała narzędzie, które w świadomości wielu użytkowników kojarzy się z programem prostym i popularnym w czasach DOS-u (OrCAD – Oregon CAD). Jednak OrCAD pozostaje tu jedynie marką, gdyż w rzeczywistości współczesny OrCAD to opisane wcześniej Allegro z ograniczeniem zaawansowanej funkcjonalności. W jednym i w drugim programie bez zmian pozostaje

Team D

edytor schematu i PCB, sposób zarządzania elementami bibliotecznymi, dokumentacją i stosem warstw obwodu drukowanego. Uży t kownik oprogramowania OrCAD powinien mieć świadomość, że pracuje w środowisku Allegro i funkcjonalność jego oprogramowania w każdej chwili może zostać zwiększona przez przełączenie rodzaju wykorzystywanej licencji. W chwili, gdy potrzeby projektowe rosną wzrosną, nasz OrCAD może podnieść swą funkcjonalność do wersji OrCAD Professional lub Allegro. Co więcej, samo Allegro, a także jego dodatkowe zaawansowane moduły, można czasowo wypożyczyć – bez konieczności kupowania dożywotniej licencji. Z punktu widzenia komfortu i wydajności pracy bardzo istotne jest przy tym to, że nie zmienia się środowisko pracy. Jeśli rozpoczynaliśmy pracę w środowisku OrCAD, to w miarę jego rozszerzania w kierunku Allegro zyskamy po prostu dodatkowe menu oraz ikony odpowiadające wprowadzanym nowym funkcjom. Ale nie pojawi się przed

esign Option High-S peed O ption Miniat urizat ion Op tion Analo g/RF O ption Design Planin g Opti on PCB R outing Option

Prezentacje | Raport

Allegro PCB Designer OrCAD PCB Designer Professional OrCAD PCB Designer Standard OrCAD PCB Designer Lite użytkownikiem dodatkowe, zabierające sporo czasu zadanie nauczenia się pracy w nowym środowisku. Dodatkową korzyść przynosi fakt, że możemy swobodnie korzystać z dokumentacji technicznej gotowych płyt uruchomieniowych, udostępnianej często przez producentów w postaci plików źródłowych projektu obwodu drukowa-

nego w formacie OrCAD – Allegro. Tak jest chociażby w przypadku fi rmy Xilinx. Taki przykładowy projekt wielowarstwowej płytki, nawet jeśli został stworzony w Allegro z użyciem dodatkowego zaawansowanego modułu Hi-Speed, można otworzyć za pomocą najprostszej wersji OrCAD-a, modyfi kować, a nawet zapisać. Oczywiście, w tej sytuacji nie będą już sprawdzane reguły dotyczące wyrównania długości połączeń czy impedancji charakterystycznej połączeń, lecz nadal będziemy mogli zmierzyć długość połączenia czy skorygować połączenia w innej części obwodu. Tak właśnie działa skalowalna platforma do projektowania urządzeń elektronicznych OrCAD – Allegro. Sławomir Górka, Evatronix SA

Evatronix SA tel. +48 33 499 59 12 [email protected] www.evatronix.com

Dodaj do ulubionych

Codebender

– programowanie Arduino w przeglądarce Na stronie internetowej www.codebender.cc udostępniono aplikację online Codebender. Jest to przeglądarkowa alternatywa tradycyjnego zintegrowanego środowiska programistycznego platformy Arduino. Można z niej korzystać bezpłatnie. Wcześniej należy jednak założyć nowe konto i zalogować się.

P

rzy pierwszym u r uc hom ien iu aplikacji trzeba również w kilku krokach przygotować ją do pracy. Pomaga w tym interaktywny przewodnik, który przeprowadza użytkownika przez kolejne etapy tego procesu.

Konfiguracja aplikacji Pierwszy z nich polega na zainstalowaniu w przeglądarce dodatku Codebender Plugin. Ten krok wymaga ponownego uruchomienia przeglądarki. Następnie Rys. 2. Okno główne Codebendera składa się z edytora kodu i menu do zarządzania projektem można pobrać niezbędne sterowniki wymagane przez platformę Arduino, o ile nie zro- Arduino. Z rozwijanej listy urządzeń trzeba w tym celu wybrać biono tego wcześniej – jeśli tak, etap ten powinno się pomi- swoje urządzenie, uzupełnić dane o połączeniu, a następnie nąć. Ostatnim zadaniem jest przetestowanie połączenia z płytą kliknąć na przycisk Run on Arduino. Na płytce podłączonej do komputera zostanie wówczas uruchomiony projekt testowy.

Jak korzystać z Codebendera?

Rys. 1. Aplikacja Codebender wymaga wstępnej konfiguracji

44

Styczeń 2015

Elektronik

Główne okno aplikacji Codebender podzielone jest na dwie części. W prawej znajduje się edytor kodu. Obok, w lewej górnej sekcji zamieszczono menu do zarządzania projektem z opcjami jego usunięcia, zapisania, skopiowania, dodania opisu i utworzenia nowego lub otwarcia istniejącego pliku. By gotowy program skompilować, należy skorzystać z przycisku Verify Code. Informacje o ewentualnych błędach w ko-

Dodaj do ulubionych

Zaprenumeruj codzienny newsletter z branżowymi informacjami

ElektronikaB2B.pl/newsletter

Rys. 3. Na stronie http://codebender.uservoice.com/ zamieszczono FAQ

dzie i ostrzeżeniach razem z podpowiedziami, jak można je poprawić, wyświetlane są w nowo otwartym oknie tuż pod polem do edycji kodu. By przetestować program na płytce Arduino, trzeba z kolei skorzystać z przyciski Run on Arduino. Projekt można ponadto udostępnić w mediach społecznościowych. Ułatwia to opcja Share this sketch. By do niej przejść trzeba wybrać niebieską strzałkę, której należy szukać na prawym marginesie edytora kodu.

Społeczność Codebendera Twórcy Codebendera udostępniają również kilka witryn internetowych, które są pomocne w korzystaniu z tego przeglądarkowego IDE. Jest to m.in. strona, na której użytkownicy aplikacji mogą zadać pytanie lub zgłosić problem. Umieszczane są na niej także odpowiedzi na najczęściej zadawane (FAQ). Zagadnienia poruszane na stronie pod adresem http://codebender.uservoice.com/ zostały podzielone na kilka grup. Wyszczególniono przykładowe komplikacje występujące na etapie zakładania nowego konta, logowania, instalacji dodatku Codebender Plugin, zarządzania projektem, programowania płyty Arduino, kompilowania oraz uruchamiania kodu. Informacje te powtórzono na stronie pod adresem http://codebender.uservoice.com/knowledgebase. Twórcy Codebendera prowadzą również bloga (http://blog.codebender.cc/). Na portalu GitHub można natomiast znaleźć przykłady kodów open source (https://github.com/codebendercc/). Monika Jaworowska

Zaprenumeruj codzienny newsletter z branżowymi informacjami

AutomatykaB2B.pl/newsletter

ElektronikaB2B.pl Portal branżowy dla elektroników

http://codebender.cc/ Elektronik

Styczeń 2015

45

Technika

Pomiar wielkości nieelektrycznych

– mierniki temperatury i wilgotności

Pomiary wielkości nieelektrycznych są podstawą procesów nadzoru i kontroli urządzeń w niemal wszystkich dziedzinach przemysłu. Pomiar wielkości nieelektrycznych to również pomiary parametrów cieczy, co w niektórych branżach jest koniecznością ze względu na przepisy prawne. Wielkości nieelektryczne charakteryzują się ogromnym zróżnicowaniem, zatem i wybór urządzeń do ich pomiaru jest niezwykle szeroki. Mierniki temperatury Temperatura to bez wątpienia najczęściej mierzona wielkość nieelektryczna. Jej znajomość pozwala na ocenę stanu obiektu i kontrolę procesu, umożliwiając lokalizację i diagnostykę badanych elementów. Pomiar tej wartości nieelektrycznej jest konieczny i nieoceniony w przypadku kontroli procesu produkcji, w systemach magazynowania, instalacji HVAC, a także w budownictwie. Zastosowanie specjalistycznych przyrządów pomiarowych oraz czujników temperatury pozwala na uzyskiwanie danych w szerokim zakresie pomiarowym. Temperaturę mierzy się metodami kontaktowymi (termorezystory, termopary) i bezkontaktowymi (pirometry i kamery).

46

Styczeń 2015

Elektronik

Obecnie najszerzej stosowanymi w przemyśle typami czujników są termorezystory i termopary, które górują nad innymi niską ceną i dużą dokładnością wskazań. Tego typu czujniki stosowane są zarówno w urządzeniach stacjonarnych, kontrolnych, jak i przenośnych termometrach elektronicznych. Urządzeniem wykorzystującym termoparę typu K jest termometr cyfrowy Voltcraft K204 z czterema kanałami pomiarowymi. Pozwala na wykonywanie pomiarów o wysokiej dokładności w szerokim zakresie od –200 do +1370°C i spełnia najwyższe wymagania jakościowe. Urządzenie wyposażone jest w złącze RS-232, przez które można odczytywać i edytować dane na kompu-

terze za pomocą dołączonego oprogramowania. Standardem dla wielu aplikacji staje się pomiar temperatury metodą bezkontaktową. Aparatura tego typu jest coraz dokładniejsza i tańsza, zatem jej wykorzystanie staje się bardziej powszechne. Pirometry dostępne są obecnie praktycznie dla każdego użytkownika, tego pracującego w przydomowym warsztacie, jak i profesjonalnego diagnosty. Przykładowym urządzeniem o rozbudowanych funkcjach pomiarowych jest pirometr Voltcraft IR 900-30S, który pozwala także na ustawienie współczynnika emisyjności badanych powierzchni za pomocą stykowego pomiaru temperatury. Pirometr ten umożliwia uzyska-

Technika nie precyzyjnych wartości pomiarowych i informuje o przekroczeniu ustawionych wartości alarmowych. Model IR 900-30S pozwala na wykorzystanie funkcji wartości minimalnej, maksymalnej, funkcji wartości średniej oraz różnicy, a także zapis do 20 wartości pomiarowych. Pracuje w zakresie od –50 do +900°C. Termowizja pozwala na kontrolę zużycia wewnętrznych i zewnętrznych elementów maszyn, kontrolę izolacji instalacji CO czy diagnozę urządzeń, w których występują napięcia rzędu kilkuset kilowoltów i natężenie prądu o wartości setek amperów, bez ich wyłączania. Dzięki temu kontrola ich stanu jest prosta i całkowicie bezpieczna. Kamery termowizyjne w porównaniu do sprzętu wykorzystującego metody kontaktowe, charakteryzują się mniejszą dokładnością pomiarową, a także wymagają znajomości współczynnika emisyjności badanego materiału. W związku z tym kontrola i interpretacja termogramu może wymagać większej wiedzy w przypadku np. pomiaru materiałów o różnych właściwościach emisyjności na jednym obszarze. Jedną z wielu przystosowanych do aplikacji przemysłowych jest kamera termowizyjna Flir E4, która łączy w sobie wszystkie parametry umożliwiające niezawodną pracę i dokładną diagnozę. Dzięki funkcji MSX (Multi Spectral Dynamic Imaging), czyli obrazowania wielowidmowego, pozwala na obserwację badanych obszarów przez nałożenie zdjęć termicznych na cyfrowe. Funkcja ta sprawia, że kontrola stanu urządzeń jest jeszcze dokładniejsza, obarczo-

Fot. 1. Pirometr Voltcraft IR 900-30S

na mniejszym błędem pomiarowym, a także umożliwia obserwację szczegółów i zarysów obiektów, co jest nieocenione w przypadku pomiaru niewielkich obiektów, np. szaf sterowniczych. Dzięki dostępowi do obrazów w formacie JPG zapisywanych wraz ze wszystkimi danymi radiometrycznymi na karcie miniSD lub bezpośrednio na komputerze PC (dzięki złączu typu miniUSB) praca z kamerą Flir E4 nie wymaga zakupu dodatkowych akcesoriów. Oprogramowanie FLIR Tools pozwala także na szybką i prostą analizę.

Mierniki wilgotności Wilgotność jest kolejną, bardzo ważną wielkością nieelektryczną, od której uzależnionych jest wiele procesów. Wymaga stałej kontroli w miejscach magazynowania i podczas procesów produkcyjnych, gdyż w przypadku nieodpowiednich wartości może zmienić parametry fizyczne materiałów oraz tempo reakcji chemicznych. Przy zbyt niskiej wilgotności częściej występują groźne dla sprzętu elektronicznego wyładowania elektrostatyczne, a w przypadku nadmiernej wilgotności pojawiają się odpowiednie warunki do rozwoju bakterii i pleśni, co w konsekwencji negatywnie wpływa na efekty procesów technologicznych i zdrowie pracowników. Do pomiaru wilgotności warto wykorzystać urządzenia wielofunkcyjne, które potrafią przekazać informacje o wilgotności i innych parametrach jednocześnie. Jednym z nich jest higrometr Voltcraft PL-100TRH, który wyświetla wartości temperatury oraz wilgotności jednocześnie na ekranie. Higrometr wskazuje także wartość temperatury punktu rosy. Mierniki wilgotności sprawdzają się w zastosowaniach przemysłowych, laboratoriach, a także w pomiarach domowych. Pomiar wilgotności okazuje się wyjątkowo ważny szczególnie w budownictwie, w kontroli warunków klimatycznych, w magazynach, a także podczas transportu materiałów wrażliwych. Wśród mierników wilgotności można wyróżnić wilgotnościomierze inwazyjne oraz nieinwazyjne. Pierwsze bazują na pracy czujników ingerujących w strukturę badanego materiału, drugie pracują przy wykorzystaniu czujników zewnętrznych badających wilgotność bez wnikania w kontrolowaną strukturę Na rynku są dwa główne typy czujników wilgotności: higroskopowe i kondensacyjne. Czujniki higroskopowe wykorzy-

Fot. 2. Higrometr Voltcraft PL-100TRH

stują fakt zmiany własności elektrycznych materiałów pod wpływem wchłaniania wilgoci. Najczęściej jest to pojemność (czujniki pojemnościowe) i rezystancja (czujniki rezystancyjne). Natomiast w higrometrach kondensacyjnych wilgotność jest wyznaczana pośrednio na podstawie pomiaru temperatury skraplania. Często o takich czujnikach mówi się, że są z tzw. chłodzonym lustrem. Przykładem miernika mającego czujnik rezystancyjny badający wilgotność powietrza jest higrometr Voltcraft HT200. Natomiast jednym z mierników pracujących dzięki wykorzystaniu czujnika mierzącego wilgotność na podstawie rezystancji materiału jest wilgotnościomierz Voltcraft FM-400. Jest wytrzymałym i dokładnym miernikiem, który pozwala na zbadanie wilgotności zróżnicowanych materiałów, m.in. drewna oraz materiałów budowlanych, takich jak tynk czy jastrych. Ma zintegrowane krzywe charakterystyczne dla trzech grup drewna i czterech grup materiałów budowlanych, które pozwalają na zwiększenie precyzji wykonywanych pomiarów. Po wykonaniu badań urządzenie wskazuje informacje w procentach, informuje o tym, czy materiał jest suchy, wilgotny czy mokry, a także umożliwia porównanie uzyskanych wyników przy wykorzystaniu wskaźnika słupkowego.

Conrad Electronic Sp. z o.o. tel. 12 622 98 22 [email protected], www.conrad.pl

Elektronik

Styczeń 2015

47

Technika

Postęp w wyświetlaczach OLED na przykładzie firmy Winstar

Technologia wyświetlaczy OLED jest wciąż nowa na rynku, ale w  ostatnich latach widać silny wzrost zainteresowania takimi produktami. Ich zalety sprawiają, że w pewnych zastosowaniach wyświetlacze OLED są po prostu zdecydowanie lepsze niż inne i wszystko wskazuje na to, że obszary dominacji omawianych produktów będą się tylko rozszerzać.

T

echnologia OLED (Organic Light Emitting Diodes) pozwala na tworzenie płaskich struktur, emitujących światło. Wyświetlacze OLED składają się z szeregu cienkich warstw materiałów organicznych, umieszczonych pomiędzy dwoma przewodnikami. Po podłączeniu źródła prądu elektrycznego, struktura taka emituje jasne światło. Ponieważ struktury wyświetlaczy złożonych z diod organicznych same są źródłem światła, nie wymagają podświetlenia i w związku z tym są cieńsze, a nawet bardziej energooszczędne niż wyświetlacze LCD. Co więcej, OLED-y mogą być monochromatyczne, np. niebieskie, jasno niebieskie, zielone, żółte, bursztynowe, pomarańczowe, czerwone lub białe, dwukolorowe, np. żółto pomarańczowe albo wyświetlać pełną paletę barw. Należy też zaznaczyć, że istnieją dwa rodzaje matryc OLED-owych, aktywne (AMOLED) i pasywne (PMOLED) i różnią się one między sobą głównymi obszarami zastosowań.

Różnice pomiędzy matrycami Wyświetlacze AMOLED, wyposażone w matryce TFT, to modele bardziej zaawansowane, o większych możliwościach i w związku z tym są stosowane w najbardziej wymagających technologicznie urządzeniach, takich jak np. telefony komórkowe. Obecnie to fi rma Samsung jest liderem, zarówno w produkcji, jak i w aplikacji tego typu wyświetlaczy. Są one instalowane we wszystkich produktach flagowych firmy, takich jak serie telefonów Galaxy S i Galaxy Note. Wyświetlacze AMOLED są także używane w aparatach cyfrowych, radiach samochodowych oraz systemach multimedialnych i sprzęcie przenośnym. Wyświetlacze PMOLED cechują się natomiast bardzo niskim poborem mocy, przy zachowaniu wysokiej czytelności i jakości obrazu. Sprawia to, że ich popularność objawia się w bardzo wielu różnych aplikacjach, zarówno konsumenckich, jak i przemysłowych, a w tym nawet w urządzeniach medycznych, telekomunikacyjnych czy noszonych (jak np. zegarki). Warto dodać, że dzięki temu, że OLED-y są cienkie i mają względnie prostą budowę, można z ich użyciem tworzyć elastyczne, a nawet przezroczyste wyświetlacze, które powinny pojawić się na rynku już w niedługiej przyszłości.

Zmierzch LCD Dzięki omówionym cechom OLED-y wypierają wyświetlacze LCD z różnych za-

48

Styczeń 2015

Elektronik

stosowań. Wszystko wskazuje na to, że w przypadku małych wyświetlaczy technologia OLED całkowicie zastąpi modele LCD już w niedługim czasie. OLED-y cechują się małym poborem mocy, krótszymi czasami reakcji i lepszym kontrastem niż podobne wyświetlacze LCD. Do tego są jaśniejsze, mają szersze kąty obserwacji oraz są bardziej odporne na trudne warunki środowiskowe. Zakres temperatur pracy wyświetlaczy OLED jest szerszy niż w przypadku LCD. Wygląda na to, że w pierwszej kolejności wyparte z rynku zostaną małe wyświetlacze alfanumeryczne LCD. Stanie się tak, gdy producenci urządzeń elektronicznych zauważą, jaką przewagę daje im zastosowanie wyświetlaczy wysokiej jakości. Kluczowa zmiana powinna nastąpić w ciągu najbliższych dwóch lat, gdyż obecnie świadomość na temat technologii OLED wzrosła już do odpowiednio wysokiego poziomu, a dzięki usprawnieniu procesów technologicznych koszty produkcji tych wyświetlaczy znacząco spadły.

Materiały i procesy Postęp technologiczny w OLED-ach obejmuje dwa niemal niezależne elementy: technologię materiałową i procesową. Materiały do wyświetlaczy organicznych są stale unowocześniane, dzięki czemu rośnie ich trwałość. W ostatnim czasie, oprócz materiałów fluorescencyjnych i fosforyzujących, zaczęto także stosować materiały TADF (Thermally Activated Delayed Fluorescent), które pozwalają na tworzenie wydajnych, małych lub wielkoformatowych ekranów. Najbardziej

Technika problematyczne jest obecnie wytworzenie materiału do emisji światła o odcieniu granatowym, ale i tę trudność udaje się pokonać, np. przez odpowiednie ułożenie subpikseli obok siebie w gotowym wyświetlaczu. Kolor niebieski jest w praktyce najczęściej uzyskiwany z materiału fluorescencyjnego, podczas gdy czerwony i zielony – z fosforyzującego. Większe zmiany odbywają się jednak w dziedzinie procesów produkcji wyświetlaczy. Materiały już niedługo nie będą naparowywane na podłoże, ale raczej drukowane na nim, co jest procesem znacznie tańszym, a do tego umożliwia łatwe tworzenie matryc o dużych rozmiarach. Ponadto kluczowe jest samo uruchomienie produkcji, które w przypadku linii produkcyjnych opartych na technologii druku OLED okazuje się zdecydowanie mniej kosztowne, niż gdyby wyświetlacze te produkować jak dotychczas.

Współpraca technologiczna Warto zaznaczyć, że poszczególni producenci często we własnym zakresie dopracowują technologie OLED. Kadra Winstara ma już średnio 8 lat doświadczenia związanego z OLED-ami, co pozwala im na praktycznie samodzielne opracowywanie wytrzymałych materiałów oraz niezawodnych paneli. Jest jedną z pierwszych firm, które wprowadziły na rynek OLED-owe wyświetlacze alfanumeryczne oraz ma własne patenty w tym zakresie. Winstar produkuje w oparciu o japońskie i niemieckie maszyny oraz stosuje najbardziej surowe zasady inspek-

cji swoich wyrobów. Cechy te sprawiają, że firma ta może zaoferować swoim klientom nie tylko najwyższą jakość produktów, ale też szybkie dostawy i dostosowanie wytwarzanych modeli wyświetlaczy do wymagań odbiorcy. Mimo to, ważna jest też współpraca z uczelniami i instytutami naukowymi. Winstar prowadzi wspólne prace z takimi tajwańskimi placówkami, jak NTU (National Taiwan University), NTHU (National Tsing Hua University), NCHU (National Chung Hsin University) i ITRI (Industrial Technology Research Institute). Pomaga to również w uzyskiwaniu pomocy finansowej ze strony państwa, co Winstarowi udało się już dwukrotnie. Dodatkowo, kooperacja z niemieckimi producentami pozwala lepiej opracowywać nowe technologie materiałowe, co powinno umożliwić w niedalekiej przyszłości wprowadzenie do sprzedaży wspomnianych wcześniej wyświetlaczy elastycznych i przezroczystych.

Przewaga Winstara Wspomniane kontakty z partnerami technologicznymi oraz długie doświadczenie w dziedzinie wyświetlaczy pozwoliły Winstarowi na uzyskanie istotnej przewagi nad konkurencją w kilku obszarach. Specyfi ka firmy sprawiła, że Winstar jest w stanie sprawnie i szybko realizować nawet bardzo małe zamówienia, w tym obejmujące modele dostoso-

wane do potrzeb klienta. Takie podejście umożliwia oferowanie bardzo szerokiego wyboru standardowych wyświetlaczy, które trafiają w ręce zamawiającego już po 6–8 tygodniach od decyzji zakupu. Nie byłoby to możliwe bez odpowiedniego kontaktu z klientem, a ten skutkuje wysoką jakością obsługi. Naturalnie ważna jest też cena, która w przypadku Winstara osiąga niekiedy poziom nawet niemal dwukrotnie niższy, niż w przypadku ofert konkurencyjnych. Peter Yeh, Winstar dr Peter Yeh jest chemikiem specjalizującym się w spektroskopii molekularnej. Od 1999 roku zajmuje się technologią OLED. Od 2009 roku jest odpowiedzialny za produkcję wyświetlaczy OLED w firmie Winstar, wcześniej pracował dla firm Wintek, Univision i Toppoly oraz Innolux.

Unisystem, tel. 58 761 54 20 [email protected], www.unisystem.pl

Technika

Co nowego w programie

Altium Designer 15?

Najnowszy Altium Designer 15 oferuje znacznie ulepszone wsparcie dla projektów high-speed, obsługę nowych formatów wyjściowych oraz szereg usprawnień istniejących funkcji, czyniących ten program jeszcze bardziej doskonałym rozwiązaniem dla profesjonalnych projektantów PCB.

D

ostępna od listopada 2014 r. kolejna odsłona sztandarowego produktu firmy Altium potwierdza, że rozwój programu ukierunkowany jest na funkcje związane z projektowaniem PCB z naciskiem na zagadnienia high-speed, oczekiwane przez wielu użytkowników. Teraz projektowanie obwodów, zawierających np. pamięci DDR, jest znacznie łatwiejsze i szybsze. Firma Altium, znana z innowacyjności, wprowadza również obsługę nowych formatów plików wyjściowych Gerber X2 oraz IPC-2581, które z czasem wyprą stary Gerber RS-274x. Szereg innych, większych i mniejszych usprawnień, jest kolejnym ukłonem w stronę użytkowników i wszystkich, poszukujących dobrego narzędzia do projektowania PCB.

od punktu wyjściowego do wejściowego, wyliczenie i porównanie długości jest proste. Zagadnienie się komplikuje, jeśli mamy szeregowe elementy na ścieżce sygnału lub gdy łączy ona więcej niż dwa punkty z wykorzystaniem topologii „T” albo „fly-by” (rys. 1).

xSignals Wraz ze wzrostem szybkości przełączania układów, zachowanie integralności sygnałów i spełnienie wymagań czasowych staje się wyzwaniem. Zachowanie integralności sygnałów osiąga się, prowadząc połączenia z kontrolą impedancji, realizowaną przez dokładne zaprojektowanie stosu warstw PCB i szerokości ścieżek na poszczególnych warstwach. Ograniczenia czasowe spełnia się przez dopasowanie długości ścieżki sygnału. Dla prostych połączeń, prowadzących

50

Styczeń 2015

Elektronik

Rys. 1. Cztery pamięci RAM DDR2 połączone w topologii „Balanced T”

Technika Rozwiązaniem problemu zaproponowanym przez Altium jest wprowadzenie obiektu nazwanego xSignal oraz szeregu funkcji, pozwalających na ich tworzenie i stosowanie do konstruowania reguł projektowych, dopasowania długości itd. xSignal jest defi niowaną przez użytkownika ścieżką sygnału pomiędzy dowolnymi dwoma punktami, które mogą należeć do tej samej lub różnych sieci (rys. 2). Można je tworzyć na kilka sposobów, np. przez wskazanie dwóch wyprowadzeń elementów, pomiędzy którymi zamierza się poprowadzić krytyczne połączenie. Inna możliwość to posłużenie się kreatorem xSignals, który za pomocą okna dialogowego Create xSignals Beetwen Components umożliwia tworzenie zestawów wielu ścieżek sygnału jednocześnie i grupowanie ich w klasy xSignals. Bazując na utworzonych tak ścieżkach sygnału, konstruuje się reguły projektowe, opisujące ograniczenia długości połączeń czy różnice w długości pomiędzy kilkoma połączeniami,

Rys. 4. Dopasowanie długości dla pary sygnałów TX z ostrzeżeniem widocznym w bocznym panelu

Rys. 5. Dokładne długości, liczone dla przelotek pomiędzy poszczególnymi warstwami

Rys. 2. Wybór dwóch padów należących do różnych sieci, do utworzenia XSignal

ułatwiające ich wyrównanie. W ten sposób rozwiązuje się problem ograniczeń czasu propagacji i fazy sygnału, który dociera od źródła do punktu przeznaczenia. Warto dodać, że precyzyjne dopasowanie długości może przebiegać prawidłowo, tylko jeśli obliczenia długości ścieżki sygnału są dokładne. Dlatego też kalkulator długości połączeń zaimplementowany w programie uwzględnia wiele szczegółów, takich jak grubość warstw laminatu, parametry przelotek – także ślepych i zagrzebanych, sposób podłączenia do padów i wiele innych, dając możliwie precyzyjne wyniki (rys. 4 i rys. 5).

Rys. 3. Okno dialogowe do szybkiego tworzenia wielu xSignals i dodawania ich do klasy połączeń

Rys. 6. Okno ustawień OutJob z widocznymi wieloma formatami plików wyjściowych

Elektronik

Styczeń 2015

51

Technika Obsługa formatów IPC-2581 i Gerber X2 Stary standard Gerber ma już ponad 30 lat i jest akceptowany przez wszystkich producentów płytek drukowanych. Niestety ma on też liczne ograniczenia. Każdy, kto ma kilka lat doświadczenia z produkcją PCB w oparciu o standard RS-274X, na pewno doświadczył różnych problemów i opóźnień z powodu złej interpretacji niepełnych danych przez producentów PCB. Stąd firma Altium uznała, że już najwyższy czas na zmianę i wprowadzenie nowych formatów wymiany danych, które zapewnią lepszą komunikację z wytwórcami. Altium Designer 15 obsługuje dwa nowe formaty plików wyjściowych: IPC-2581 i Gerber X2. Pierwszy jest rozwijany przez stowarzyszenie IPC i fi rma Altium jest członkiem konsorcjum IPC-2851, które zajmuje się rozwojem tego standardu. Najpiękniejszą zaletą IPC-2581 jest to, że generuje on jeden plik XML, który może zawierać wszystkie dane potrzebne do wytworzenia i montażu płytki drukowanej (rys. 6). Gerber X2 jest rozszerzeniem istniejącego formatu Gerber RS-274X, wprowadzającym niektóre z tych samych korzyści, które oferuje IPC-2581, przez dodanie brakujących informacji, takich jak defi nicja stosu, atrybuty padów i przelotek, ścieżki z kontrolą impedancji itp. Gerber X2 zapewnia wsteczną kompatybilność ze starym formatem Gerber.

jest możliwość wyboru elementów o różnych obudowach dla różnych wariantów projektu. Takie rozwiązania znajduje zastosowanie na przykład w urządzeniach, wyposażonych w różnej wielkości pamięci RAM. Płytka drukowana, wykonana dla dwu wariantów różniących się wielkością układu pamięci, musi pozwalać na montaż dwóch różnych elementów w tym samym miejscu obwodu drukowanego (rys. 7).

Obiekty OLE na PCB

Rys. 8. Zestaw obiektów OLE na PCB – grafika, arkusz kalkulacyjny, dokument Word (tekst)

Kolejną nowością, rozszerzającą możliwości tworzenia dokumentacji projektowej, jest obsługa obiektów OLE w edytorze PCB (rys. 8). Umożliwia ona osadzenie w dokumencie danych dostarczanych przez inne aplikacje z interfejsem Windows OLE wraz z zachowaniem łącza do aplikacji źródłowej. Pozwala to na ich ponowną edycję w programie, w którym zostały utworzone, i przekazanie do PCB zaktualizowanej wersji. Typowymi obiektami, które mogą zostać osadzone na PCB, są dokumenty Excel, Word czy obiekty graficzne. Lista obsługiwanych typów plików obejmuje m.in. formaty CSV, XLS, DOC, RTF, 8-bitowe BMP oraz JPG.

Obsługa formatu IDX Wymiana danych pomiędzy konstruktorami mechaniki i elektroniki jest zagadnieniem rozwiązywanym na różne sposoby. Altium Designer od dawna obsługuje popularny format STEP, który zapewnia wymianę danych ECAD/MCAD na poziomie dla wielu użytkowników wystarczającym i jest obsługiwany przez większość programów CAD dla mechaników. Nowy Altium Designer obsługuje także format IDX, który może eksportować tylko informacje o zmianach, zamiast całego modelu płyty.

I inne… Cały szereg innych większych lub mniejszych usprawnień, jak obsługa prostokątnych otworów w padach, eksport IDF z obsługą Unicode (wymagany m.in. przez standardy GHOST), ulepszony edytor OuJob, obsługa najnowszego Xilinx Vivado 2014, niezależne orientacje w widokach 2D i 3D na PCB – tworzą nowy i jeszcze lepszy Altium Designer 15. Nie zapomniano również o wydajności i wiele z funkcji dostępnych w programie zoptymalizowano, dzięki czemu są teraz realizowane szybciej. Przyspieszono m.in. pracę edytora schematów, szybkość wyświetlania dużych arkuszy i działanie niektórych funkcji edycyjnych. Podobnie w edytorze PCB zoptymalizowano szybkość aktualizacji elementów z bibliotek lub bazy danych, okno Object Class Explorer otwiera się szybciej, usprawniono obsługę powiększonych fontów na monitorach z dużym DPI. Cały szereg innych poprawek został szczegółowo opisany na stronach www. altium.com, dokąd odsyłam wszystkich zainteresowanych szczegółami lub chcących zapoznać się z programem, korzystając z 30-dniowej, bezpłatnej wersji ewaluacyjnej. Grzegorz Witek

Rozszerzona obsługa wariantów Także obsługa projektów wariantowych została zaimplementowana przez Altium dość dawno i jest udoskonalana z wersji na wersję. Najnowszym rozszerzeniem, wprowadzonym wraz z AD15,

52

Styczeń 2015

Elektronik

Rys. 7. Fragment PCB dostosowany dla dwóch wariantów układu U1

Computer Controls Sp. z o.o. ul. Budowlanych 1, 43-300 Bielsko-Biała tel. 33 485 94 90, faks 33 472 04 20 [email protected], www.ccontrols.pl

Technika

Sposoby pomiaru

prądu pobieranego z zasilaczy Zasilacz i  obwody dystrybucji energii zasilającej są bardzo ważnym podzespołem każdego urządzenia elektronicznego. Jeśli ulegnie uszkodzeniu, część lub całość systemu przestaje działać, a nawet może ulec zniszczeniu. Elementy zasilaczy często są poddawane prądowym przetężeniom i rozmaitym perturbacjom, rodzącym się w sieci elektroenergetycznej, przekształtnikach, przetwornikach DC/DC, UPS-ach, wywoływanym przełączaniem obciążeń reaktancyjnych itp.

W

celu osiągnięcia wysokiej niezawodności przy dopuszczalnych kosztach można stosować w zasilaczach równoległe podzespoły. Znajomość stanu zasilacza wymaga informacji o wielkości prądów, napięć i wydzielanej mocy w najważniejszych jego podzespołach. Istnieje szereg prostych układów do odczytu natężenia prądu pobieranego z zasilaczy, a także prądów zasilających peryferyjne obciążenia, których znajomość jest niezbędna w procedurach monitorowania. Zwykle mikroprocesor powinien otrzymywać informacje o poborze mocy zasilania przez wbudowane systemy.

Powinien wiedzieć w przybliżeniu, jak pobór ten zmienia się, gdy: • poszczególne bloki peryferyjne czy urządzenia systemu są włączane i wyłączane, • poszczególne części systemu zmieniają tryb działania, • różne urządzenia peryferyjne, jak silniki, reagują na zmiany w obciążeniu czy otoczeniu. Dokładność tych pomiarów nie jest wysoka, zwykle wynosi około ±5%. W niektórych aplikacjach mają znaczenie wymagania wzmacniaczy operacyjnych o wejściach i wyjściach rail to rail. Zasięg dopuszczalnych napięć zasilania tych wzmacniaczy bywa ograniczony, zwykle do około 16 V lub mniej. Dlatego

w układach mierzących prądy obciążenia stosuje się tranzystory bipolarne i popularne wzmacniacze operacyjne, jak LM358, LM324, TL06x, RC4558, MC1458 i podobne. Poniżej przedstawiono kilka prostych i tanich rozwiązań najczęściej stosowanych zasilaczy napięć dodatnich. Użyte w nich czujniki mają zwykle postać przetworników prądu na napięcie, dostarczających napięciowych sygnałów Vc, proporcjonalnych do obciążającego zasilacz natężenia prądu. Wyjściowe napięcie Vc może być bipolarne lub monopolarne, z wykorzystaniem dodatkowych obwodów, z przesunięciem dostosowującym do poprawnego sterowania wzmacniaczy operacyjnych.

Elektronik

Styczeń 2015

53

Technika Pomiar prądu w zasilaczach napięcia dodatniego

Rys. 1. Najprostszy układ czujnika prądu obciążającego zasilacz napięcia dodatniego „od dodatniej strony”, z tranzystorem PNP o zerowym początkowym prądzie kolektora

Rys. 2. Najprostszy układ czujnika prądu obciążającego zasilacz napięcia dodatniego „od dodatniej strony”, z tranzystorem PNP o początkowym prądzie kolektora

Rys. 3. Prosty układ czujnika prądu obciążającego zasilacz napięcia dodatniego „od dodatniej strony”, ze zwykłym wzmacniaczem operacyjnym

Rys. 4. Prosty układ czujnika prądu obciążającego zasilacz napięcia dodatniego „od dodatniej strony”, ze zwykłym wzmacniaczem operacyjnym, zasilanym z dodatkowego generacyjnego przetwornika DC/DC

54

Styczeń 2015

Elektronik

Rysunek 1 przedstawia najprostszy nieizolowany układ górnego (high side) czujnika prądowego dla zasilacza napięcia dodatniego. Zastosowano w nim wzmacniacz z tranzystorem PNP bez początkowego prądu kolektora. Kondensator C5 służy za ochronę przed oscylacjami. Wyłącznikiem SW1, ręcznym lub przekaźnikowym można wybrać zakres monitorowanego natężenia prądu. Różnica napięć (V IN-VOUT) jest przez tranzystor T1 wzmacniana, a otrzymany sygnał jest odbierany z rezystora R4. Sygnał ten może być przekazywany do ADC (przetwornika analogowo-cyfrowego). Do zalet układu należy zaliczyć to, że: • nadaje się zarówno do zasilaczy niskiego, jak i wysokiego napięcia i działa w bardzo szerokim zakresie prądów (przy odpowiednio dobranych wartościach komponentów), • jest bardzo prosty i tani, • obwód rezystora R4 może kończyć się zarówno na masie, jak i na potencjale dodatnim lub ujemnym, zależnie od potrzeby, • jest poprawnie zaprojektowany, wytrzymały i odporny, • nie zawsze wymaga kalibracji, ponieważ często wystarcza sygnalizacja względnych jedynie zmian natężenia prądu. Wady układu to: • stosunkowo duży spadek napięcia na rezystorach R1 i R2, wynoszący, zależnie od tranzystora T1, ok. 0,5–1 V, • sygnał wyjściowy zależy od temperatury i własności tranzystora T1, • zależność sygnału od temperatury wynosi –2,2 mV/°C, • zależność napięcia Vc od natężenia prądu nie jest liniowa, • powtarzalność układu jest niewielka, układ wymaga rekalibracji po wymianie tranzystora, • uzyskanie wyższej dokładności wymaga wykonania krzywej kalibracyjnej. Większe wymagania, zwłaszcza co do liniowości i zmniejszonej zależności od tranzystora, spełnia układ ulepszony, pokazany na rysunku 2. Prąd kolektora wzmacniacza z tranzystorem PNP jest stabilizowany przez rezystor R2 i ustalany za pomocą potencjometru P1. Wzmocnienie tranzystora jest wyznaczone w przybliżeniu stosunkiem R3/R2. Dioda Zenera D1 służy do ograniczania sygnału wyjściowego VC. Sygnał ten jest

Technika proporcjonalny do prądu przepływającego przez R1. Większą dokładność przetwarzania prądu detektora na napięcie uzyskuje się przez użycie w miejsce tranzystora zwykłego wzmacniacza operacyjnego, na przykład LM358 lub LM324. Potencjał jego wejścia i wyjścia może być bliski masy, a od napięcia zasilającego musi być niższy o co najmniej 1,5 V. Na rysunku 3 przedstawiono najprostszy układ zasilacza napięcia dodatniego z górnym (high side) czujnikiem prądowym z zastosowaniem zwykłego wzmacniacza operacyjnego. Powstający na rezystorze R1 spadek napięcia, proporcjonalny do natężenia prądu obciążenia 1 A, wynosi 0,1 V przy rezystorze 0,1 Ω. Dzielniki R2/R3 i R4/R5 obniżają napięcia wejściowe wzmacniacza OP1 do optymalnego poziomu, równego połowie napięcia zasilania. Dzielnik sprzężenia zwrotnego R8/R6 wyznacza dziesięciokrotne wzmocnienie wzmacniacza. Kondensatory C5 i C6 tworzą (opcjonalny) fi ltr dolnoprzepustowy. Może się zdarzyć, gdy kondensatory wejściowe C1 i C2 zostaną rozładowane wcześniej niż wyjściowe C3 i C4, że polaryzacja napięcia na rezystorze R1 zostanie odwrócona. Zapobiec temu może użycie dodatkowego przetwornika DC/DC, służącego do zasilania wzmacniacza. Układ taki jest pokazany na rysunku 4. Zawiera on generacyjny przetwornik, utworzony z sześciu przerzutników Schmitta układu 74C14 i trzech diod Schottky’ego 1N5818 lub 1N5819. Dostarcza on zasilającego OP1 napięcia V2, około dwukrotnie większego od +V IN, nieprzekraczającego 15 V. Podstawowe elementy tego układu są takie same jak układu pokazanego na rysunku 3. Bardziej rozbudowany układ o podobnym przeznaczeniu jest przedstawiony na rysunku 5. Generatorem jest wzmacniacz IC1.1 z przeciwsobnym stopniem wyjściowym z tranzystorów T1 i T2. Zasila on wzmacniacz IC2.1 napięciem +V1 lub opcjonalnie napięciem diody Zenera VZ i umożliwia ewentualne korzystanie z obu tych napięć do innych celów w systemie. Wzmacniacze IC1.1 i IC1.2 wchodzą w skład układu scalonego LM358. Trzeba tu dodać, że wykorzystywane w opisanych układach wzmacniacze operacyjne warto zabezpieczyć niepokazanymi dla uproszczenia odpowiednimi

Rys. 5. Prosty układ czujnika prądu obciążającego zasilacz napięcia dodatniego „od dodatniej strony” ze zwykłym wzmacniaczem operacyjnym (IC1.1), zasilanym z dodatkowego generacyjnego przetwornika DC/DC, złożonego ze wzmacniacza operacyjnego (IC1.2) i stopnia przeciwsobnego (T1 i T2)

elementami, jak rezystory, kondensatory i diody, chroniącymi je przed przypadkowymi uszkodzeniami. Przytoczone układy detekcyjne mogą wymagać w praktyce uzupełnienia przez dodatkowe obwody buforujące lub wzmacniające, gdy sygnały są przesyłane dłuższymi liniami lub odbierane przez obwody o niskiej impedancji. Rysunek 6 przedstawia trzy przykłady takich bu-

forów. Rysunek 6a jest powtórzeniem schematu z rysunku 1, uzupełnionym o wyjściowy wtórnik emiterowy T2. Rysunek 6b proponuje użycie w układzie z rysunku 1 tranzystora T2 w roli wzmacniacza, którego wzmocnienie wyznaczają rezystory R5 i R6, a C6 zapobiega oscylacjom. Rysunek 6c przedstawia zastosowanie wzmacniacza operacyjnego w układzie buforującego wtórnika.

a)

b)

c)

Rys. 6. Przykłady prostych układów buforujących: a) układ z rys. 1 z tranzystorowym wtórnikiem emiterowym, b) buforowy wzmacniacz tranzystorowy NPN, c) chroniony diodami wtórnik buforowy ze wzmacniaczem operacyjnym

Elektronik

Styczeń 2015

55

Technika a)

b)

Rys. 7. Najprostsze układy czujnika prądu obciążającego zasilacz napięcia ujemnego „od ujemnej strony”: a) z tranzystorem NPN o zerowym początkowym prądzie kolektora, b) z tranzystorem NPN o początkowym prądzie kolektora

Rezystor i diody, a niekiedy dzielnik napięcia, w obwodzie wejściowym chronią wzmacniacz operacyjny.

Pomiar prądu w zasilaczach napięcia ujemnego W niektórych systemach z włączanymi i wyłączanymi blokami peryferyjnymi stosuje się zasilanie bipolarne lub napięciem ujemnym. Czujniki prądu stosuje się zatem także w obwodach zasilaczy napięcia ujemnego, zasilaczy od strony ziemi, dużych równoległych kondensatorów elektrolitycznych oraz diod lub mostków prostowniczych, także równoległych. Takie rozwiązania są przydatne, choć rzadziej stosowane. Mikrokontrolery powinny otrzymywać informacje o: • natężeniu prądu pobieranego z zasilaczy napięcia ujemnego,

• włączeniu napięcia zasilania, • przepływie prądu w obwodach uziemiających, • jednakowości prądów w równoległych kondensatorach elektrolitycznych o dużej pojemności. Powinny być informowane o zmianach natężenia pobieranego prądu gdy: • któreś z urządzeń peryferyjnych systemu jest włączane lub wyłączane, • tryb działania poszczególnych części systemu jest zmieniany, • któreś z urządzeń peryferyjnych systemu, np. silnik, reaguje na zmiany obciążenia lub środowiska, • zmienia się stan i pojemność kondensatorów elektrolitycznych o dużej pojemności. Wymagana dokładność takich pomiarów zwykle nie jest wysoka i wystarcza ±5% a nawet więcej. W układach tych można używać tanich półprze-

Rys. 8. Układ czujnika prądu powrotnego w uziemieniu zasilacza napięcia bipolarnego z tranzystorami PNP i NPN

56

Styczeń 2015

Elektronik

wodników, jak tranzystory PN2222A i PN2907A czy wzmacniacze operacyjne RC4558, NE5532 lub MC1458. Układy takie to przetworniki prądu na napięcie, dostarczające sygnału napięciowego VC , proporcjonalnego do natężenia płynącego w zasilaczu prądu stałego lub przemiennego. Rysunek 7 przedstawia dwa najprostsze rozwiązania czujnika prądu zasilacza napięcia ujemnego, rysunek 7a jest analogiczny do rysunku 1a, rysunek 7b jest analogiczny do rysunku 2. Opisy układów na rysunku 7a i rysunku 7b są, z uwzględnieniem odwrotnej polaryzacji, analogiczne do opisów rysunku 1 i rysunku 2.

Pomiar prądów obciążenia w zasilaczach napięcia symetrycznego W zasilaczach o wyjściu symetrycznym występuje często potrzeba monitorowania kierunku przepływu prądu we wspólnej linii uziemiającej, gdy natężenia prądów zasilaczy napięcia dodatniego i ujemnego powinny zostać utrzymane w wymaganych proporcjach. Pokazany na rysunku 8 zasilacz bipolarny powstał z połączenia układu z rysunku 2 z układem z rysunku 7b, uzupełnionych o stabilizatory. Rezystory R1 i R4 służą do konwersji prądu uziemiającego zasilacza na napięciowe sygnały VCSI1 i VCSI2 , które po wzmocnieniu odwzorowują natężenie prądu linii uziemiającej. Różnią się one tym, że Vcsi1 uwzględnia prądy dodatniego i ujemnego stabilizatora, a WCSI2 je pomija. Sygnały te są wzmacniane przez tranzystory T1 i T2, o wzmocnieniu wyznaczanym odpowiednio przez rezystory R3 i R2 oraz R7 i R6. Sygnały te są w razie potrzeby ograniczane odpowiednio przez opcjonalne diody Zenera D5 i D6 oraz opcjonalne rezystory R9 i R10, tworzące z rezystorami R2 i R7 dzielniki napięcia. Układ wysyła dwa sygnały wyjściowe, dodatni VC1 i ujemny VC2 .

Technika Dokładniejszy układ do pomiaru prądu uziemiania zasilacza bipolarnego przedstawiono na rysunku 9. Mierzony spadek napięcia może być brany z rezystora R2 (VCSI2, nie uwzględnia prądów stabilizatorów) lub R1 (VCSI1, z ich uwzględnieniem). Sygnał ten jest wzmacniany we wzmacniaczu operacyjnym IC1 o wzmocnieniu wyznaczonym rezystorami R3, R4, R5 i R6. Użyć w nim można zwykłych wzmacniaczy, jak LM741, TL061, TL071, lub połówek układów podwójnych RC4558, MC1458 czy innych. Sygnał wyjściowy VC jest bipolarny.

Pomiar prądów ładowania i rozładowania kondensatorów połączonych równolegle Obecnie korzysta się często z równolegle połączonych kondensatorów elektrolitycznych o dużej pojemności, na przykład 10–22 mF, a nawet większych, tworzących wielkie pojemności o małej szeregowej rezystancji i małej indukcyjności. Niekiedy jakość tych kondensatorów pogarsza się z czasem, co zwykle wychodzi na jaw zbyt późno. Warto więc monitorować prądy ich ładowania i rozładowania, których natężenie sygnalizuje ich stan. Zadanie to można wykonać za pomocą przykładowego układu, pokazanego na rysunku 10. W zasilaczu symetrycznym, w szereg z każdym z elektrolitycznych kondensatorów o wielkiej pojemności od strony wspólnego zera włączono rezystory 0,1 lub 0,05 Ω, pełniące rolę czujników prądu, a równocześnie rezystancji wyrównawczych. Takie kondensatory o pojemności 10–20 mF, C1, C3 i C5 znajdują się w obwodzie prostownika napięcia dodatniego, a C2, C4 i C6 w obwodzie prostownika napięcia ujemnego. Spadek napięcia z każdego z rezystorów jest wzmacniany przez wzmacniacze o wzmocnieniu 10. Na schemacie pokazano tylko dwa z tych wzmacniaczy, związanych z kondensatorami C5 i C6. VREF1 i VREF2 są zewnętrznymi napięciami wzorcowymi, pozwalającymi wykalibrować sygnały wyjściowe VC1 i VC2. Wejście wzmacniacza IC1.1 jest chronione przez R7, C11, D1 i D2, a wejście wzmacniacza IC1.2 przez R8, C12, D3 i D4. Diody D1, D2, D3 i D4 są niskonapięciowymi (2,4 do 3,3 V) diodami Zenera. Zamiast nich można zastosować zwykłe diody w sposób pokazany w ramce na dodatkowym schemacie poniżej schematu głównego.

Rys. 9. Układ czujnika prądu powrotnego w uziemieniu zasilacza napięcia bipolarnego z zasilanym bipolarnie różnicowym wzmacniaczem operacyjnym i bipolarnym wyjściem sygnału

Spadki napięć na rezystorach R1 do R6 są wywoływane udarowymi prądami ładowania i rozładowania monitorowanych kondensatorów C1 do C6. Przy rezystancji 0,1 Ω i prądach ±10 A napięcia te wynoszą ±1 V, a po wzmocnieniu sygnały VC1 i VC2 ±10 V.

Pomiar prądów dostarczanych do zasilacza przez połączone równolegle prostowniki zwykłe lub mostkowe

wych pojedynczych diod lub mostków, połączonych równolegle. Takie rozwiązanie ma następujące zalety: • prostowniki mogą być mniejsze i tańsze, • natężenia prostowanych przez nie prądów są mniejsze, zatem emitują one mniejsze zaburzenia elek-

Kondensator prostownika może być ładowany przez więcej niż jedną diodę. Czasem istnieje potrzeba oddzielnego monitorowania prądu tych diod prostowniczych. Na rysunku 11 przedstawiono układ do indywidualnego monitorowania prądów w dwóch diodach, ładujących wspólny kondensator prostownika dwupołówkowego. Sygnały monitorujące powstają na rezystorach R1 i R2 i są następnie wzmacniane przez dwa wzmacniacze operacyjne OP1 i OP2, zasilane z oddzielnego zasilacza bipolarnego. Niekiedy używa się prostowników, w formie jednako-

Elektronik

Styczeń 2015

57

Technika

Rys. 10. Układ czujnika prądów ładowania i rozładowania równoległych kondensatorów w zasilaczu symetrycznym z dwoma różnicowymi wzmacniaczami operacyjnymi, zasilanymi z dodatkowego bipolarnego zasilacza

tromagnetyczne, których filtracja jest łatwiejsza, • zasilacz jest bardziej niezawodny. W razie gdy jeden z prostowników zawiedzie, zadanie na pewien czas przejmuje drugi, a system nie przerywa działania, • chłodzenie diod lub mostków jest łatwiejsze. Ale równoległe łączenie diod lub mostków prostowniczych ma także wady: • wymaga stosowania rezystorów równoważących, • w razie konieczności monitorowania działania poszczególnych prostowni-

ków, staje się konieczne użycie specjalnego interfejsu, odbierającego sygnały z rezystorów równoważących i przesyłającego je do układu rejestrującego, • płytka drukowana staje się bardziej skomplikowana, • prostowniki zajmują na niej więcej miejsca, • spadek napięcia na rezystorach równoważących jest dla działania prostowników niekorzystny. W razie potrzeby w prostowniku można użyć równolegle połączonych kondensatorów o mniejszej pojemności. Kondensatory te mają wyższe napięcie

Rys. 11. Układ czujnika prądów diod prostownika dwupołówkowego

58

Styczeń 2015

Elektronik

pracy i mniejsze prądy upływu, a ich dostawa jest łatwiejsza, a ceny niższe. Ale równoległe kondensatory fi ltrujące prostownika wymagają użycia rezystorów równoważących, które wyrównują ich ładunki i prądy upływu. Pomiar prądów w równoległych prostownikach i w równoległych kondensatorach pomaga te prądy zrównoważyć i zapewnić kontrolę pracy zasilacza. Schemat przykładowego zasilacza z równoległymi prostownikami i równoległymi kondensatorami jest przedstawiony na rysunku 12. Wzmacniacze różnicowe DA1, DA2 DA3 i DA4 otrzymują sygnały z rezystorów wyrównawczych RC1, RC2, RC3 i RC4, a wzmocnione wysyłają do przetwornika A/C. System ten umożliwia monitorowanie stanu wszystkich elementów prostownika. Na rysunku 13 pokazano schemat jednego z czterech jednakowych wzmacniaczy DA1-DA4, monitorujących prądy prostowników, z rysunku 11. W jego skład wchodzą: • wejściowe opcjonalne dzielniki napięcia R1/R3 i R2/R4, • kondensatory C1, C2, C3 i C4, tworzące z rezystorami R5 i R6 filtr dolnoprzepustowy, • wzmacniacz różnicowy OP1 z ochroną diodową D1-D8, • diody Zenera D9 i D10, ograniczające wzmocniony sygnał wyjściowy. Wzmocnienie wzmacniaczy operacyjnych, które mogą być pojedyncze, podwójne lub poczwórne w chipie, jest kształtowane przez rezystory R5, R6, R7 i R8. Analogiczne wzmacniacze A1 i A2, monitorujące prądy kondensatorów, z rysunku 12 są przedstawione przykładowo na rysunku 14. Rezystor R3 może zostać pominięty, jeżeli redukcja sygnału wejściowego nie jest wymagana. Wzmocnienie wzmacniacza wyznaczają rezystory R4 i R5.

Technika

Rys. 13. Schemat wzmacniaczy różnicowych DA1–DA4 z rysunku 12. Są to wzmacniacze różnicowe sygnałów z rezystorów włączonych w szereg z diodami prostowniczymi

Rys. 12. Schemat blokowy układu czujnika prądów diod prostownika dwupołówkowego i prądów ładowania i rozładowania równoległych kondensatorów filtrujących tego prostownika

Rysunek 15 przedstawia wariant układu z rysunku 12 do monitorowania prądów w zdublowanych prostownikach mostkowych zasilacza i w zdublowanych kondensatorach. Rezystorami wyrównawczymi równoległych mostków prostowniczych są R D1 i R D2. Wzmacniacze różnicowe DA1 i DA2 otrzymują sygnały z tych rezystorów, które po wzmocnieniu są wysyłane do przetworników A/C. Analogicznie, rezystory RC1 i RC2 są rezystorami wyrównawczymi równoległych kondensatorów fi ltrujących. Sygnały z tych rezystorów są wzmacniane przez wzmacniacze A1 i A2 i wysyłane do przetworników A/C. Schematy wzmacniaczy DA1 i DA2 są takie same jak na rysunku 13, a wzmacniaczy A1 i A2 takie same jak na rysunku 14. Wzmacniacze operacyjne w opisanych układach muszą przenosić stosunkowo niskie częstotliwości, 50 lub 60 Hz wraz z ich powstającymi w prostownikach niezbyt wysokimi harmonicznymi, do kilku zaledwie kHz. Zakres ten w przypadku zasilaczy impulsowych jest oczywiście szerszy, ale nawet w większości

Rys. 14. Schemat wzmacniaczy różnicowych A1 i A2 z rysunku 12. Są to wzmacniacze różnicowe sygnałów z rezystorów włączonych w szereg z kondensatorami filtrującymi

Rys. 15. Schemat blokowy układu czujnika prądów równoległych mostków prostowniczych i prądów ładowania i rozładowania równoległych kondensatorów filtrujących tego prostownika

takich przypadków opisane układy nadają się z niewielkimi modyfi kacjami do zastosowania. Wybór tych wzmacniaczy zależy przede wszystkim od zakresu napięciowego zasilaczy: • dla zasilaczy niesymetrycznych LM358, LM324 i podobne,

• dla zasilaczy symetrycznych nadają się głównie RC4558, MC1458, TL061, TL062 i podobne. Zazwyczaj wyrównywanie przesunięcia zera nie jest w tych układach potrzebne. (KKP)

Elektronik

Styczeń 2015

59

Technika

Uruchomienie

własnej linii produkcyjnej nigdy nie było tak proste Od 1 stycznia 2015 roku firma SMT-TECH oficjalnie poszerzyła swoją ofertę o wynajem linii produkcyjnych. Nowy rodzaj usługi skierowany jest do nowo powstających firm produkcyjnych oraz już istniejących.

K

oncepcja wprowadzenia na polski rynek wynajmu maszyn powstała z chwilą, gdy firma Mirae wypuściła swoją najnowszą serię maszyn typu MR. Urządzenia te jako pierwsze w historii producenta można doposażyć w sposób indywidualny, wybierając elementy niezbędne do przeprowadzenia określonego rodzaju produkcji. Jednocześnie urządzenia przez cały okres użytkowania można rozbudowywać o nowe akcesoria, jak np. system ZHMD umożliwiający sprawdzenie poprawności odłożenia komponentu na płycie. Dodatkowym atutem jest możliwość zamontowa-

60

Styczeń 2015

Elektronik

nia 120 szt. podajników oraz montażu elementów na płytkach 700×510 mm w standardzie. Nowe oprogramowanie współpracujące z zewnętrznymi skanerami oraz dające możliwość przeniesienia zarządzania bazą danych na zewnętrzne serwery wspomaga znacząco zarządzanie skomplikowanymi liniami produkcyjnymi. Posiadanie takiego produktu pozwala na dostosowanie oferty fi rmy do bardzo małej i bardzo dużej wysokowydajnościowej produkcji. Jednak zawsze pozostaje znane pytanie: jaką formę finansowania projektu zastosować? Czy mają to być kapitały własne firmy, leasing czy kredyt? Bardzo często jest to powód przesuwania terminu zakupu linii produkcyjnej na bliżej nieokreślony termin, który zazwyczaj znajduje się w dalekiej przyszłości. Właśnie z tego powodu, po kilkuletniej analizie potrzeb rynku oraz w wyniku prowadzenia rozmów z innymi dystrybutorami urządzeń w Europie i po zweryfikowaniu warunków technicznych firma SMT-TECH wprowadza możliwość wynajmu linii produkcyjnej na okres od 12 do 60 miesięcy. Istotnym atutem takiej oferty jest przede wszystkim bardzo duża elastyczność. Można w ten sposób wybierać pomiędzy maszynami nowymi a używanymi, a także okresowo doposażać wybra-

ną linię w dodatkową liczbę podajników. Nowa usługa skierowana jest nie tylko do fi rm, które chcą kupić nowe maszyny, ale również do fi rm, które chciały wymienić użytkowane obecnie automaty na nowsze. W takich przypadkach SMT-TECH oferuje wykup dotychczasowego sprzętu i zaoferowanie nowszego, który będzie spełniał wszelkie wymagania. Kolejny krokiem nowego podejścia jest ustalenie okresu wynajmu nowej linii produkcyjnej oraz innych dodatkowych warunków. Na czas wynajmu nasi klienci otrzymają pełne wsparcie techniczne z możliwością objęcia urządzeń pakietem darmowych przeglądów serwisowych pozwalających dokładnie zaplanować koszty związane z eksploatacją danej linii. Po ustalonym okresie wynajmu nasi klienci będą mieli możliwość: oddania linii produkcyjnej, wykupienia urzą-

Technika

dzeń, dalszego wynajmu na nowych, korzystniejszych warunkach lub wymiany automatów na nowsze, które sprostają nowym wymaganiom w zakresie produkcji. Dla klientów korzystających z długoterminowych wynajmów przewidujemy możliwość wymiany automatów na wydajniejszy nawet w trakcie trwania umowy, jeżeli wolumen produkcyjny przekracza możliwości produkcyjne obecnej linii.

Cele i plany Głównym celem naszego projektu było ułatwienie firmom elektronicznym podjęcia decyzji o rozpoczęciu własnej produkcji bądź rozbudowie dotychczasowej. Równolegle przez cały rok 2014 prowadziliśmy działania mające na celu pod-

niesienie jakości świadczonych przez nas usług. Zaowocowało to między innymi: • otworzeniem magazynów w Estonii i Włoszech, umożliwiając tym samym na życzenie klienta dostawę i instalację maszyn w 7 dni od daty złożenia zamówienia, • rozbudowa polskiego magazynu o podstawowe części eksploatacyjne i akcesoria, • rozbudowę Autoryzowanego Centrum Serwisowego – dzięki poszerzeniu jego działania na kraje skandynawskie oraz Europę Zachodnią przez podpisanie nowych umów partnerskich, • stworzenie programu „Line Plus” dla obecnych użytkowników. Nasze najbliższe plany na rok 2015 to między innymi:

• uruchomienie programu krótkoterminowego wynajmu podajników. W założeniu ma to wspierać firmy EMS w realizacji nowych, krótkich zleceń traktowanych jako partie próbne. • wprowadzenie do oferty wysoko wydajnych maszyn pick and place, których szybkość układania będzie oscylowała na poziomie 100 tys./cph. Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą na linie montażowe, szkolenia, wyposażenie ESD i wytwornice azotu.

SMT-TECH, ul. Stodólna 1 87-610 Dobrzyń nad Wisłą tel. +48 668 580 701 [email protected], www.smt-tech.pl

Technika

Jak wbudowywanie

podzespołów zmienia technikę montażu PCB? Rozszerzenie funkcjonalności urządzeń elektronicznych przy zachowaniu ich kompaktowości wymaga zastosowania niestandardowych metod, pozwalających większą liczbę komponentów zamontować na mniejszej powierzchni. Przykład to wbudowywanie podzespołów w strukturę płytki drukowanej.

T

echnika ta ma wiele zalet. Pozwala m.in. zmniejszyć zajętość powierzchni PCB o od 30% do nawet 50%. Wolne miejsce można wykorzystać lub po prostu zmniejszyć wymiary płytki. To przekłada się na oszczędność materiałów, a w rezultacie mniejsze koszty urządzenia. Oprócz tego, wbudowując podzespoły w płytkę drukowaną, skraca się długość ścieżek je łączących. Dzięki temu unika się niepożądanych zjawisk powodowanych przez ich pasożytniczą pojemność i indukcyjność oraz zmniejsza straty mocy na ciepło w nich wydzielane. Komponenty zintegrowane z PCB są także lepiej chronione przed wpływem czynników zewnętrznych. Technika ta wymaga jednak dużej dokładności. Dlatego konieczne jest wprowadzenie pewnych modyfi kacji w procesie montażu i w maszynach używanych do jego automatyzacji.

62

Styczeń 2015

Elektronik

Podłoże musi być płaskie Komponenty elektroniczne wbudowuje się w podłoże, umieszczając je we wgłębieniach. Odległość między ich krawędziami a bokami podzespołów jest rzędu mikrometrów. Dlatego tak istotne jest, żeby podłoże było idealnie płaskie. Uzyskuje się to, układając je na specjalnej ramie i maksymalnie je spłaszczając. W tradycyjnej metodzie montażu powierzchniowego elementy elektroniczne układa się na paście lutowniczej. Dopuszczalna jest wtedy pewna niedokładność ich rozmieszczenia. W piecu bowiem, w czasie utrwalania się połączeń, podzespoły ulegają samowyrównaniu. Czasem również elementy wbudowane montuje się w ten sposób. Nie jest to jednak zalecane w wypadku, gdy z płytką są już zintegrowane inne podzespoły. W procesie utrwalania nowych połączeń te wcześniejsze mogą bowiem ulec

osłabieniu, a komponenty uszkodzeniu. Części wbudowanych nie można niestety wymienić, co jest główną wadą tej techniki montażu.

Brak samoistnego wyrównania rodzi problemy Dlatego nie lutuje się ich, tylko mocuje klejem. Po dołączeniu kolejnej warstwy PCB tworzą się wówczas połączenia miedź-miedź, które są bardziej niezawodne niż te lutowane. Niestety, w taki sposób zamocowane podzespoły samoistnie się nie wyrównają. W związku z tym tolerancja ich rozmieszczenia musi być bardzo mała – standardem jest wartość poniżej kilkudziesięciu mikrometrów. Jest to też wymagane z powodu wcześniej wspomnianych małych wymiarów wgłębień, w które komponenty są wkładane. Aby osiągnąć taką precyzję, otwory i części elektroniczne powinny być loka-

Technika lizowane względem znaczników na PCB. Stosowane są specjalne algorytmy, które dobierają liczbę oraz rozmieszczenie markerów odpowiednią do liczby obwodów, uwzględniając przy tym naprężenia podłoża występujące na danym jego obszarze.

Zbyt silny nacisk może uszkodzić montowane elementy Proces ułożenia komponentu na PCB składa się z kilku etapów. Zwykle najpierw głowica pick and place z danym podzespołem przesuwa się w dół z maksymalną dopuszczalną prędkością i zwalnia w momencie, kiedy spód elementu znajdzie się na określonej wysokości nad powierzchnią płytki drukowanej. Następnie głowica przesuwa się w dół wolniej, aż do chwili umieszczenia części elektronicznej we wgłębieniu. Siła, jaka jest przykładana do komponentu przez manipulator pick and place, decyduje o tym, czy podczas jego przenoszenia oraz w chwili kontaktu z podłożem nie ulegnie on uszkodzeniu. Skutki jej niedopasowania są cza-

Rys. 1. Komponenty wbudowane umieszczane są w dopasowanych wgłębieniach

sem niewidoczne, jeśli mają formę mikropęknięć, zwykle jednak mają postać rys, pęknięć oraz obłupień. W skrajnych przypadkach może nawet dojść do zmiażdżenia części. W przeciwieństwie bowiem do tradycyjnego montażu powierzchniowego, w którym nacisk jest częściowo absorbowany przez elastyczne podłoże, komponenty wbudowywane są w celowo usztywniane płytki.

Aby temu zapobiec, w maszynach pick and place stosuje się, w miejsce tradycyjnych sprężyn, zaawansowane serwomechanizmy. Kontrolę siły zapewnia sprzężenie zwrotne. Ponadto przy jej regulacji uwzględnia się takie czynniki jak m.in. typ komponentu, rodzaj podłoża i jego stan. Monika Jaworowska

Technika

Oscyloskopy klasy popularnej

z pojemnościowym ekranem dotykowym i wyzwalaniem Zone Trigger W styczniu 2015 roku na rynku pojawiły się nowe oscyloskopy InfiniiVision 3000T X-Series firmy Keysight Technologies. Seria obejmuje modele DSO i MSO (Mixed Signal Oscilloscope) oferujące możliwość intuicyjnego wyzwalania na ekranie graficznym. Są to pierwsze na rynku oscyloskopy klasy popularnej wyposażone w pojemnościowe ekrany dotykowe i funkcję wyzwalania dotykowego (strefowego) realizowaną sprzętowo. Funkcja ta znacząco zwiększa użyteczność tej aparatury, pozwalając sprostać zaawansowanym scenariuszom wyzwalania, będącym dotąd wyzwaniem dla inżynierów, pomagając szybciej i skuteczniej rozwiązać napotykane problemy.

W

miarę wzrostu częstotliwości pracy układów cyfrowych i złożoności projektowanych systemów, testowane sygnały stają się coraz bardziej skomplikowane, a projektanci stają przed coraz to nowymi zada-

niami wymagającymi izolowania anomalii sygnałowych mogących się pojawiać w badanym systemie. Intuicyjne graficzne wyzwalanie, wcześniej niedostępne w oscyloskopach z niższej półki cenowej, pomaga inżynierom debugować i charakteryzować projektowa-

Rys. 1. Wyzwalanie z wykorzystaniem ekranu dotykowego

64

Styczeń 2015

Elektronik

ne układy znacznie szybciej i łatwiej. Wykorzystując ekran dotykowy, użytkownik zakreśla na nim prostokątny obszar wokół interesującego go fragmentu przebiegu, tworząc w ten sposób obszar wyzwalania. Jest to drugi stopień wyzwalania, uzupełniający podane kryteria podstawowe, np. wyzwalanie zboczem (rys. 1). Istnieje też możliwość zdefiniowania takich samych obszarów, wewnątrz których wszystkie pojawiające się tam sygnały będą przez przyrząd ignorowane (rys. 2). Oscyloskopy z nowej serii umożliwiają rozszerzanie pasma z zakresu od 100 MHz do 1 GHz, a także oferują kilka interesujących cech poza wspomnianym ekranem dotykowym i funkcjami wyzwalania dotykowego. Ogromna szybkość aktualizacji z prędkością 1 mln przebiegów na sekundę zapewnia doskonały wgląd w subtelne szczegóły sygnału wejściowego. Nowe przyrządy integrują sześć funkcjonalności w pojedynczej obudowie: oscyloskopu, analizatora stanów logicznych, analizatora protokołów, woltomierza cyfrowego,

generatora funkcyjnego/sygnałów arbitralnych i 8-cyfrowego sprzętowego częstościomierza. Ponadto dają możliwość skorelowanych pomiarów w domenie czasu i częstotliwości przy użyciu bramkowanej transformaty FFT, dostępnej po raz pierwszy w tej klasie przyrządów, przydatną w wielu nowo pojawiających się zadaniach pomiarowych. Oscyloskopy 3000T X-Series zostały zaprojektowane specjalnie z myślą o obsłudze za pomocą pojemnościowego ekranu dotykowego, co w naturalny sposób przyspiesza wybór opcji na ekranie. Aby w jeszcze większym stopniu przyspieszyć ich obsługę, wprowadzono intuicyjny alfanumeryczny panel zastępujący uciążliwe kręcenie pokrętłami oraz dotykowe elementy interakcyjne zapewniające większą elastyczność przy wyświetlaniu informacji pomiarowych. Dzięki ogromnej szybkości aktualizacji przebiegów 1 mln/s, bezkompromisowej nawet przy włączonych kanałach cyfrowych, aktywnych opcjach dekodowania protokołów, pomiarach automatycznych i funkcjach matematycznych oraz funk-

Rys. 2. Definiowanie obszarów wyzwalania

cji wyzwalania dotykowego użytkownik ma gwarancję najwyższego prawdopodobieństwa zobaczenia i wyodrębnienia interesujących go anomalii, w porównaniu z resztą oscyloskopów na świecie.

Oscyloskopy 3000T X-Series mogą być wykorzystywane do sprzętowego dekodowania wielu, zarówno stosowanych obecnie, jak i dopiero rozwijanych protokołów szeregowych: MIL-STD

Elektronik

Styczeń 2015

65

Technika wzdłuż przebiegu, obserwuje się rosnącą częstotliwość. W tym konkretnym przykładzie widoczne są dwa „piki” w tabeli zdarzeń ze względu na zmianę częstotliwości w obrębie bramki. Widać je na przebiegu FFT.

Podsumowanie Patrząc wstecz widzimy, że znany model Infi nii-Vision 3000A X-Series zdefi niował na nowo pojęcie oscyloskopu. Zapewniał niezwykle szczegółowy obraz analizowanego sygnału, wprowadzał więcej funkcjonalności niż jakikolwiek model dostępny wcześniej i stanowił najlepsze zabezpieczenie inwestycji. Rys. 3. Bramkowanie FFT

1553 i ARINC 429, I2S, CAN/CAN-FD/ CAN-Symbolic, LIN, SENT, FlexRay, RS232/422/485/UART i I2C/SPI. Oferta oscyloskopów Infi niiVision 3000T X-Series obejmuje modele o paśmie 100 MHz, 200 MHz, 350 MHz, 500 MHz i 1 GHz. W standardowej konfiguracji wszystkie oferują 4 mln punktów pamięci akwizycji, pamięć segmentową, zaawansowane funkcje matematyczne oraz są dostarczane z sondami pasywnymi o paśmie 500 MHz. W wielu zastosowaniach niezwykle przydatna może być funkcja równoczesnego debugowania w dziedzinie czasu i częstotliwości. W przypadku gdy istnieje konieczność analizy sygnałów równocześnie w kilku miejscach testowanego układu, korelacja czasowa między tymi sygnałami jest bardzo ważna, lecz może stanowić prawdziwe wyzwanie dla użytkowników oraz użytych do tego celu kilku przyrządów pomiarowych. Innym problemem napotykanym przy pomiarach w domenie mieszanej jest możliwość obserwacji zmian częstotliwości w czasie. Większość oscyloskopów oferuje użyteczne narzędzia pomiarowe umożliwiające podgląd sygnałów w domenach czasu i częstotliwości, wykorzystujące szybką transformatę Fouriera, jednakże oferowane przez oscyloskopy Infi niiVision 3000T i 4000 X-Series fi rmy Keysight bramkowanie FFT pozwala na podgląd sygnałów w domenie czasu i częstotliwości w specyficznych momentach, defi niowanych na ekranie. W przypadku serii 3000TX i 4000X można łatwo wybrać częstotliwość początkową i końcową za pomocą klawiatury wyświetlanej na ekranie dotykowym.

66

Styczeń 2015

Elektronik

Rys. 4. Darmowe oprogramowanie BenchVue

Parametry te możne również ustalać, regulując częstotliwość środkową i rozpiętość skali (span). Ustalenie odpowiedniej rozpiętości jest ważne w celu upewnienia się, że wszystkie częstotliwości przemiatane znajdą się w zakresie wyznaczania FFT. Po zaprogramowaniu tych ustawień transformata FFT będzie wyliczana dla wszystkich danych z ekranu, ale nie będzie możliwości obserwowania zmian częstotliwości zachodzących w czasie. Jeśli więc jesteśmy zainteresowani takimi testami, powinniśmy wykorzystać funkcję bramkowania FFT. Przemieszczanie bramki czasowej jest łatwe. Może być wykonane manualnie za pomocą ekranu dotykowego lub za pomocą klawiszy nawigacyjnych, pozwalając na odtworzenie całego zapisanego rekordu (rys. 3). W miarę, jak bramka przesuwa się

Był modelem, który odniósł największy sukces w połączonej historii fi rm Hewlett Packard, Agilent i Keysight Technologies. Nowe oscyloskopy 3000T X-Series kontynuują tę tradycję. Warto dodać, że dostępne jest dla nich również darmowe oprogramowanie BenchVue (BV0000A) na PC, współpracujące z większością oferowanych przyrządów firmy Keysight, ułatwiające podgląd, rejestrację oraz eksport danych i zrzutów ekranu (rys. 4).

AM Technologies Al. Jerozolimskie 146C 02-305 Warszawa, tel. 22 532 28 00 [email protected], www.amt.pl

produkty

Sondy oscyloskopowe 200, 300 i 500 MHz do pomiarów wysokonapięciowych

16-bitowy oscyloskop USB 500 MS/s z wbudowanym generatorem AWG

Firma Keysight zaprezentowała nowe wysokonapięciowe sondy oscyloskopowe na pasma 200, 300 i 500 MHz, charakteryzujące się szerszym zakresem napięć wejściowych i zwiększonym współczynnikiem tłumienia składowej sumacyjnej. Nadają się one idealnie do testowania zasilaczy impulsowych i komponentów dużej mocy, a także do pomiarów parametrów napędów elektrycznych i podsystemów samochodowych. Sonda różnicowa Keysight N2804A oferuje pasmo o szerokości do 300 MHz oraz maksymalny zakres dla wejściowych sygnałów różnicowych wynoszący ±300 (V DC + wartość szczytowa AC), co pozwala na jej zastosowania w aplikacjach dużej mocy. Sonda różnicowa N2805A o paśmie 200 MHz została wyposażona w kabel o długości 5 m zapewniający łatwy dostęp do obwodów testowanych znajdujących się w znacznej odległości od oscyloskopu. Oba modele charakteryzują się różnicową rezystancją wejściową 4 MΩ i małą pojemnością wejściową równą 4 pF, dzięki czemu w minimalnym stopniu obciążają testowany obwód. Są kompatybilne z oscyloskopami Keysight z interfejsem 50 Ω AutoProbe zapewniającym automatyczną konfigurację oscyloskopu do zastosowanej sondy. Trzecia z nowych sond, Keysight 10076C, to sonda pasywna 100:1 o rezystancji wejściowej 66,7 MΩ, zapewniająca szerokość zakresu napięć wejściowych i pasmo niezbędne do prowadzenia pomiarów wysokonapięciowych względem masy przy bardzo małym obciążeniu testowanego obwodu. Zapewnia szerokość pasma wynoszącą 500 MHz przy zastosowaniu sprężystej końcówki ekranującej, mającej za zadanie zmniejszyć obciążenie indukcyjne.

Firma TiePie engineering opracowała nowy, zaawansowany oscyloskop USB oznaczony symbolem Handyscope HS5-540, wyposażony w generator AWG oraz funkcje analizatora protokołów i analizatora widma. Jest to oscyloskop dwukanałowy o paśmie 250 MHz i maksymalnej szybkości próbkowania 500 MSps. Jego rozdzielczość pionowa może być programowana na jednej z czterech wartości: 8, 12, 14 lub 16 bitów, którym odpowiadają maksymalne szybkości próbkowania wynoszące odpowiednio 500, 500, 100 i 6,25 MSps w trybie jednokanałowym.

www.keysight.com

Egmont Instruments, tel. 22 850 62 05-07, www.egmont.com.pl

Moduł komunikacyjny dla systemu Fluke Connect Fluke wprowadza na polski rynek urządzenie ir3000FC pozwalające na dołączenie do systemu Fluke Connect kolejnych przyrządów – multimetrów cyfrowych Fluke 287 i 289 oraz

Handyscope HS5-540 może generować ciągły strumień danych wyjściowych do 20 MSps i współpracować z innymi oscyloskopami przy wzajemnej synchronizacji podstawy czasu za pomocą interfejsu CMI. Opcjonalnie może być wyposażony w funkcję testera połączeń i pomiaru rezystancji. Wbudowany generator funkcyjny/AWG charakteryzuje się 14-bitową rozdzielczością i maksymalną częstotliwością taktowania 40 MHz. Wytwarza przebiegi o wartości międzyszczytowej napięcia do 24 V. Pozostałe dane techniczne: • pojemność wewnętrznej pamięci: 64 MS, • dokładność pionowa: 0,25% DC (typ. 0,1%), • dokładność podstawy czasu: 1 ppm, • zawartość harmonicznych generatora: < –85 dB, • czas narastania/opadania napięcia: 8 ns, • sterowniki i oprogramowanie dla Windows 2000/XP/Vista/7/8.

miernika przemysłowego Fluke 789. Urządzenie komunikacyjne podłącza się do miernika z wykorzystaniem specjalnego złącza, zapewniając dostęp do funkcji pomiarowych i danych za pomocą aplikacji na smartfon. W szczególności dostępne są tryby: • AutoRecord, umożliwiający rejestrowanie pomiarów w chmurze, • EquipmentLog, tworzący historię wszystkich pomiarów przypisaną do poszczególnych urządzeń, • TrendIt, pozwalający na tworzenie wykresów i śledzenie trendów bezpośrednio na ekranie smartfona, • ShareLive – tworzący połączenia wideo umożliwiające udostępnianie pomiarów pozostałym osobom w zespole w czasie rzeczywistym. System Fluke Connect obejmuje ponad 20 przyrządów, w tym kamery termowizyjne oraz mierniki wartości elektrycznych. www.flukeconnect.pl

Elektronik

Styczeń 2015

67

Elektronik poleca

Aparatura pomiarowa | Nowe

Nowe produkty | Aparatura pomiarowa Seria digitizerów PCIe M4i.2234-x8 o szybkości próbkowania do 5 GSps

Ekonomiczny 3-wyjściowy zasilacz laboratoryjny 30 V/3 A

W ofercie fi rmy Spectrum pojawiła się nowa seria digitizerów charakteryzujących się maksymalną szybkością próbkowania w czasie rzeczywistym wynoszącą 5 GSps. Są to karty współpracujące z szyną PCIe, przeznaczone do najbardziej wymagających zastosowań np. w fi zyce wysokich energii, spektroskopii i pracach badawczych oraz do współpracy z radarami i laserami. Jako pierwsze w ofercie Spectrum umożliwiają rejestrację i analizę sygnałów w zakresie częstotliwości od DC do 1 GHz, co pozwala na pomiar zboczy i impulsów o czasie trwania rzędu nanosekund. W ramach serii

Keithley Instruments wprowadza do oferty kolejny 3-wyjściowy zasilacz laboratoryjny stanowiący rozszerzenie rodziny 2200. Model 2231A-30-3 charakteryzuje się maksymalną mocą wyjściową 195 W. Zawiera dwa niezależnie programowane wyjścia o parametrach 30 V/3 A do zasilania obwodów analogowych oraz trzecie wyjście pomocnicze 5 V/3 A do zasilania obwodów cyfrowych. Umożliwia programowanie i pomiar napięć wyjściowych z rozdzielczością 10 mV oraz programowanie i pomiar prądów wyjściowych z rozdzielczością 1 mA. Dzięki funkcji pomiaru użytkownik może być pewien, że na zaciski wyjściowe przyrządu jest podawane napięcie o zaprogramowanej przez niego wartości. Podstawowa dokładność programowania i odczytu napięcia oraz prądu wynosi odpowiednio 0,6% i 0,2%, a wyjściowe napięcie szumów i zaburzeń nie przekracza 5 mVP-P. Wyjścia przyrządu są całkowicie niezależne i odizolowane od siebie, co pozwala na równoczesne zasilanie trzech niezależnych obwodów bez konieczności stosowania trzech różnych przyrządów. Ponadto, daje to możliwość poszerzenia zakresu napięć i prądów wyjściowych do 60 V i 6 A. Przy takim połączeniu wyjść na wyświetlaczu prezentowane są zsumowane wartości napięcia/ prądu, co ułatwia obsługę.

M4i.22xx-x8 dostępnych jest 9 typów kart o 8-bitowej rozdzielczości, występujących w wersjach z 1, 2 i 4 wejściami analogowymi o szybkości próbkowania 1,25 GSps, 2,5 GSps i 5 GSps. Wszystkie są przystosowane do instalacji w slocie PCI Express x8 Gen 2 zapewniającym transfer danych do komputera z maksymalną szybkością 3,4 GB/s. Charakteryzują się równoczesnym próbkowaniem wszystkich kanałów, z których każdy zawiera własny przetwornik A/C i wzmacniacz. Udostępniają 4 zakresy napięć wejściowych FS od ±200 mV do ±2,5 V. Bazują na technologii FPGA, dzięki czemu opcjonalne pakiety oprogramowania fi rmware mogą realizować funkcje on-the-fly, takie jak uśrednianie czy wykrywanie szczytu. Wstępne przetwarzanie rejestrowanych sygnałów pozwala skrócić czas transmisji danych i zwiększyć szybkość pomiarów. W przypadku aplikacji wymagających rejestrowania sygnałów w więcej niż 8 kanałach istnieje możliwość współpracy maksymalnie 8 kart serii M4i.22xx-x8 w pojedynczym systemie pomiarowym. W takiej konfiguracji opcja Star-Hub zapewnia wzajemną synchronizację sygnałów zegarowych i wyzwalania. Pozostałe cechy: • 4 GS wbudowanej pamięci przebiegów, • elastyczne tryby wyzwalania (z dowolnego kanału, z 2 źródeł zewnętrznych, funkcją logiczną), • segmentacja pamięci, • czas regeneracji układu wyzwalania równy 80 próbek (16 ns @ 5 GSps), • rozbudowana aplikacja SBench6 do konfiguracji, gromadzenia danych, prezentacji i analizy, • sterowniki dla Windows i Linux, • wsparcie dla języków programowania Visual C++, Borland C++, Gnu C++, LabView, Visual Basic, VB.NET, C#, J# i Delphi, • 2 lata gwarancji.

Model 2231A-30-3 może być programowany i kontrolowany z komputera PC po zastosowaniu opcjonalnego adaptera USB. Zawiera wewnętrzną pamięć o pojemności wystarczającej na zapis 30 zestawów parametrów konfiguracyjnych. W przypadku obsługi ręcznej użytkownik ma do dyspozycji zarówno keypad numeryczny, jak i pokrętło regulacyjne. Na wbudowanym wyświetlaczu prezentowane są równocześnie napięcia i prądy ze wszystkich 3 kanałów. Model 2231A-30-3 jest zasilaczem klasy ekonomicznej, oferowanym w cenie 650 USD. Cena opcjonalnego adaptera USB 2231A-001 wynosi 60 USD.

www.spectrum-instrumentation.com

www.keithley.com

68

Styczeń 2015

Elektronik

Aparatura pomiarowa | Nowe

produkty

Oscyloskopowa sonda prądowa o zakresie dynamicznym 10 mA...20 A peak-peak Jedynym praktycznym sposobem obserwacji i pomiaru natężenia prądu płynącego w ścieżce drukowanej jest pomiar natężenia pola magnetycznego w bardzo małej odległości od niej. Aby uzyskać skalibrowany pomiar, czujnik pola magnetycznego musi być w stanie zapewnić precyzyjną kontrolę odległości od ścieżki. Musi ona być przy tym bardzo mała, gdyż natężenie pola zmniejsza się wraz z kwadratem odległości (w przybliżeniu pierwszego rzędu). Aby zrealizować praktyczną sondę pomiarową, firma Aim TTI wykorzystała specjalny rodzaj zminiaturyzowanego sensora. Niezbędnymi wymogami było zapewnienie jego małych, a przy tym precyzyjnie kontrolowanych wymiarów, możliwość pomiaru natężenia prądu stałego, szerokie pasmo przy pomiarach prądu zmiennego oraz bardzo dobre właściwości szumowe. Żadna z wcześniej stosowanych technologii nie pozwalała na zapewnienie wszystkich tych wymogów. Firma Aim TTI wykorzystała do produkcji sondy I-prober opatentowaną, zminiaturyzowaną wersję magnetometru transduktorowego. Jest to element znany od wielu lat, lecz nigdy wcześniej nieprodukowany w formie miniaturowej, zapewniającej znacznie mniejszy poziom szumów i znacznie szersze pasmo pracy niż wersje konwencjonalne. Sonda Aim I-prober 520 charakteryzuje się szerokim zakresem dynamicznym, umożliwiającym obserwację prądów o natężeniu od 10 mA do 20 A peak-peak. Zapewnia szerokość pasma po-

miarowego od DC do 5 MHz i mały poziom szumów, odpowiadający prądowi o natężeniu