{' '} {' '}
Limited time offer
SAVE % on your upgrade.

Page 1

NR 1 JANUARI 2020

ELEKTRONIK TIDNINGEN

SVERIGES ENDA ELEKTRONIKMAGASIN FÖR PROFFS

TEMA: KOMMUNIKATION

ARBETET MED 6G HAR STARTAT

SMARTA HEM:

LIGNA ENERGY:

Ikea tar täten i Zigbee

Batterier av skogsrester

/14–15

/4–5

PRENUMERERA KOSTNADSFRIT T! ETN.SE/PREN

6G ligger tio år fram i tiden, men Matti Latva-aho är en av forskarna som redan börjat fundera på nästa mobilstandard. /10–12


Tidningshuvud

05-12-12

14.29

INNEHÅLL: ETN 1/20

Sida 1

Utges av Elektroniktidningen Sverige AB adress: Folkungagatan 122, 4 tr, 116 30 Stockholm. telefon: 08-644 51 20 | www.etn.se bankgiro: 5456-3127

29

24

redaktion: Anna Wennberg (ansv. utg.), Per Henricsson, Jan Tångring. grafisk formgivning och layout: Joakim Flink, TYPA jocke.flink@typa.se annonser: Anne-Charlotte Sparrvik, 0734-17 10 99 | e-post: ac@etn.se prenumeration: webb: etn.se/pren | e-post: pren@etn.se telefon: 08-644 51 20

18

Anna Wennberg Bevakar analogt, opto och kommuni­kation, kraft, sen­so­rer, distri­bution, medicinsk elektronik och minnen. anna@etn.se | 0734-17 13 11

Per Henricsson Bevakar test & mät, rf och kom­munikation, produktion, FPGA, EDA och passiva komponenter. per@etn.se | 0734-17 13 03

Jan Tångring Bevakar in­byggda system, mjukvara, processorer, kort och skärmar. jan@etn.se | 0734-17 13 09

Anne-Charlotte Sparrvik Ansvarar för sälj- och ­marknadsföring. ac@etn.se | 0734-17 10 99 © Elektroniktidningen 2020 upplaga: 13 000 ex (exkl. emagasin) Allt material lagras elektroniskt. issn 1102-7495 Organ för SER, Svenska Elektrooch Dataingen­jörers Riksförening, www.ser.se Tidningen trycks på miljövänligt papper av Pipeline Nordic. omslagsbilden: Matti Latva-aho är professor vid Uleåborgs universitet och chef för projektet 6G Flagship. foto: 6G Flagship

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20

20 6 8 18 20

Ett 5G-modem är som en superdator från 2001 Anders Nilsson på Mediateks svenska ­avdelning ger svindlande perspektiv på mobil­ utvecklingen.

Nanotrådar ger bättre transistorer Tekniken kommer från universitet i Lund, går att integrera i vanliga kiselprocesser och ska kommersialiseras av C2Amps.

önskvärd plus att det ger möjlighet till sensor­ tillämpningar som inte har plats för ett batteri, skriver Ross Murgatroyd på Farnell.

24

EXPERT: Bluetooth visar vägen för industrin Specifikationen för Bluetooth 5.1 ­innehåller funktioner för att bestämma riktning vilket gör det enklare att positionera föremål med centimeternoggrannhet, skriver Felix Graf på Rutronik.

Avlyssnar sensordata för prediktivt underhåll Tjugo års forskning ligger bakom ­Uppsala­avknopparen som analyserar strömmande data i realtid.

26

Felrättare kan skruva ner ­energiåtgången Chalmersforskare har visat att det med smarta designmetoder går att minska energi per bit som krävs för att transportera data i en fiber till en tiondel.

29

22

EXPERT: NFC öppnar för nya IoTtillämpningar Närfältskommunikation kan fylla de hål där ständig uppkoppling är opraktisk eller inte

EXPERT: Säker kommunikation över långa avstånd De tre seriegränssnitten RS-232, RS-422 och RS-485 erbjuder ett antal val för robust seriell kommunikation på både kort och långt avstånd, skriver Rich Miron på Digi-Key. Mjukvara för mobilnätet I oktober öppnade det amerikanska telekombolaget Mavenir ett inno­ vationscenter i Stockholm. Tanken är att utveckla nya produkter och hitta samarbetspartners inom framförallt industriellt IoT.


Peter Ringstad, vd, och Jakob Nilsson, teknikchef, visar upp en battericell baserad på lignin, som är en restprodukt vid massatillverkning.

Ligna gör batterier av skogsrester Uppstartsföretaget Ligna Energy har utvecklat en batteriteknik som är baserad på råvaror från skogen – det som tidigare varit avfall vid papperstillverkning. Närmast satsar företaget på att utveckla storskalig stationär energilagring med batterier som är miljövänliga, skalbara, billiga och säkra.

N

orrköpingsföretaget Ligna Energy vill ta vara på lignin – en organisk förening i naturen som bidrar till att ge trä sin mekaniska styrka. – Skogsindustrin använder cellulosan som är cirka 70 procent av det som utvinns ur träråvaror vid massatillverkning. Resten är avfall, det är den delen som vi i framtiden vill göra batterier av, säger Peter Ringstad, vd på Ligna. Det låter onekligen bra. Peter Ringstad kan däremot inte avslöja detaljer kring batteriets byggblock och funktion, eftersom tekniken ännu inte är fullt patentskyddad.



Några släpper han dock. Elektrolyten består exempelvis av vatten med salter och batteriet har tunna metallkollektorer. Det aktiva materialet i den positiva elektroden består av kol och lignin, medan den andra sidan består av en annan organisk polymer och kol. Mellan lagren används en cellulosabaserad separator. G R U N D F U N K T I O N E N i batteriet är en så kallad redox-reaktion, kort för reduktion-oxidation-reaktion. Mer exakt vilka joner som rör sig är däremot inte officiellt ännu. – Det unika i batteriet är materialval i elektroder och i cellen.

Däremot använder vi befintlig produktionsteknik. Peter Ringstad pekar på fyra fördelar: pris, skalbarhet, miljövänlighet och säkerhet. De två sistnämnda kommer av materialvalen, som varken ger stort CO2-avtryck eller är explosiva. – Men vår batteriteknik är också den mest kostnadseffektiva. Då tänker jag på kostnad per kilowattimme och djupurladdningscykel. Kunden betalar ju för att kunna ladda upp och ur sitt batteri så många gånger som möjligt innan uppladdningsförmågan är slut. Inom forskningsprogrammet Horizon 2020 specificerar EU också just parametrarna dollar

FAKTA

Fem kändisar bakom idén Ligna Energy startade år 2017. Bakom företaget finns ett flertal kända ansikten inom forskar­ världen. Professorerna Magnus Berg­ gren, Olle Inganäs och Xavier ­Crispin är alla tre medgrundare. Likaså ingår Hans Hentzell, tidi­ gare vd på Acreo, samt Mattias Josefsson, vd på solcellsbolaget Epishine, i teamet som startat företaget. Hans Hentzell är idag styrelseordförande. Peter Ringstad är vd, och företagets första anställda. Han kommer närmast från Siemens Turbinverkstaden i Finspång, och bidrar med industriell ­kompetens från energisektorn. Ligna har tre anställda och sysselsätter lika många konsulter. Till detta kommer sex-sju forskare på universitetet, som arbetar med tekniken med finansiering från Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20

HEJDLÖSA BILDER

STARTBLOCKET


STARTBLOCKET per wattimmar och laddcykel som ett kvalitetsmått. Då handlar det om en djupurladdnings­ cykel, vilket innebär att mer än 80 procent av batteriets kapacitet ska laddas ur under en cykel.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20

gör varför: Säg att tillväxten för stationära elektriska energilager ligger på 30 GWh per år – det är lågt räknat, men rimligt. Lek med tanken att Lignas batteriteknik ska täcka upp för tio procent av denna tillväxt. – Det motsvarar cirka 200 000 ton elektrodmaterial vilket är vad en enda pappersmaskin tillverkar på ett år. Ligninet på jorden kommer alltså inte att ta slut för att vi bygger energilager, säger Peter Ringstad och adderar: – Skalbarheten är jätteviktig eftersom behovet av att lagra energi är så extremt stort i världen, och det som hindrar hela omställningen mot fossilfritt. Företagets långsiktiga affärsidé är att licensiera den egenutvecklade tekniken till etablerade eller nya batteritillverkare. I sin nuvarande affärsplan räk-

nar dock Ligna med att behöva ta fram battericeller i en lönsam produktionsenhet. – Innan vi kan leva på licens­ intäkter måste vi visa att det fungerar att producera batterier lönsamt. H I T T I L L S H A R F Ö R E TAG E T ­tillverkat och testat främst knappcells­ batterier i Norrköping. Under år 2020 är planen att ta sig ur labbet till industriell produktion. Det första steget är då att tillverka klassiska 18-650-celler med hjälp av en extern partner. Pengar till den investeringen håller företaget på att dra in just nu. – Därefter kommer vi att investera i en egen produktionslina här i Norrköping. Då optimerar vi produktionen för design och att göra större batterier. Målet är att leverera egenproducerade batteri-

packar till kund redan år 2022. Exakt vilken storlek det blir är ännu inte beslutat. De demonstratorer som byggs under 2020 är batteripackar om runt 10 kilo styck. Det betyder att cirka 400 cylinderbatterier i 18-650-format packats samman till en enhet. – När vi har byggt vår proto­ typ­lina vill vi tillverka större, men fortfarande cylindriska celler, för vi tror att den processen går bäst att automatisera och massproducera. För att bygga den planerade produktionslinan behöver Ligna ta in ytterligare 40–50 miljoner kronor. – Om pengaflödet flyter på visar våra beräkningar att vi kan ha en lönsam fabrik igång om fyra-fem år, säger Peter Ringstad. ANNA WENNBERG anna@etn.se

Sidospår – men ändå möjligt De två Norrköpingsföretagen Ligna Energy och Epishine är båda sprungna ur forskning kring organisk elektronik på Linköpings universitet.

Den starka kopplingen har bäddat för innovation labbet. Nyligen visade de två företagen i ett test upp en lösning där ett batteri från Ligna och en organisk solcell utvecklad för inomhusbruk från Epishine gemensamt drev en sensorenhet på ett kontor. Ett test i labbet visade att sol-

JAKOB NILSSON

Ligna snarare att tekniken användas för containerbaserade grid-tillämpningar som kan täcka upp för förnybart, som sol och vind. – Det kommer att behövas kompletterande lösningar inom energilagring. Vi siktar på stationära lagringstillämpningar där utbyteshastigheten på lagret ligger inom en vecka. Det tidsperspektivet passar väl för sol och vind. Här kommer skalbarhet hos Lignas batteriteknik in som en oerhört vital ingrediens. Några enkla antagande tydligPÅ S I K T TÄ N K E R S I G

Elektroderna läggs samman med en separator och beläggs med en tunn metallfolie i en trycklina. Där­efter rullas det till cylindrar, som placeras i en förpackning. En elektrolyt fylls på och battericellen förseglas.

JAKOB NILSSON

I S K R I VA N D E S T U N D går Ligna ut med en cykelstabilitet på 2 500, men egentligen klarar batteriet betydligt mer. – Inom sex månader är vi officiellt på 5 000 cykler. Det är riktigt bra. Ett vanligt litiumjonbatteri ligger på i storleksordningen 500 till 1 500 cykler vid djupurladdning, kommenterar Peter Ringstad. Lignin används idag främst som bränsle, exempelvis för att producera värme. De ligninbaserade batteri­ cellerna från Ligna har idag en energitäthet på 20 wat�timmar per kilo (Wh/kilo) och en mycket hög effektförmåga. Utmaningen är att få ut effekten. – Även om vi har extremt bra effekttäthet i cellen brukar vi säga att det inte är rimligt att få ut mer än 1 000 watt per kilo i sitt slutsystem när det handlar om större energilager. Den som är insatt vet att 1 000 W/kilo indikerar att tekniken klarar snabba förlopp. – Vår batteriteknik skulle exempelvis kunna passa bra för snabbladdning av elbilar eftersom den har så snabb upp- och urladdningsförmåga, inflikar Peter Ringstad. Laddstationer för bussar och bilar kan vara en ingångstilllämpning. Likaså tror företaget att tekniken kan vara attraktiv för fastigheter som vill ha ett batterirum i källaren, eftersom lösningen är både säker och miljövänlig.

cellen kan driva den energisnåla sensorn och även ladda batteriet när kontorsbelysningen är tänd. Batteriet klarar sedan att driva sensorn under åtminstone fyra dagar om belysningen är släckt och det är mörkt hela tiden. Idag använder Epishine kondensatorer för att lagra energin från solcellerna, men företaget ser fördelar med ett pappersbatteri. Dels är batterierna platta

vilket ger bättre designegenskaper, dels har de mindre miljöpåverkan. För Ligna är det beskrivna testet ett sidospår eftersom företaget satsar på storskalig energilagring (se artikel) och inte knappcellsbatterier. Samtidigt visar demon på batteriteknikens potential, och på hur den skulle kunna användas i framtiden. AW


STARTBLOCKET GÄSTTYCKARE

Smart stoft blev till sparkcyklar F Ö R AT T AV G Ö R A om han ska investera i nya, lovande f­ öretag använder Googles grundare Larry Page det så kallade tandborsttestet: använder man dess produkt två gånger om dagen? I så fall så klarar det testet. Internet of Things (IoT) har varit nytt och lovande under hela 2000-talet. PÅ 2000 - TA L E T H A N D L A D E I OT O M att svara på frågan ”kan vi ­ ygga det?”. Eftersom inget ännu var gjort så var allt fort­ b farande möjligt. Berkeley-professorn Kris Pister lanserade begreppet smart stoft (Smart Dust) och en hel forskarvärld började bygga trådlösa sensornätverk. Allt var väldigt teknikdrivet, eftersom de svåra frågorna fortfarande var de tekniska. Ingen visste ännu om tekniken skulle fungera. Under 2010-talet började frågan glida över i ”hur ska vi bygga det?”. De grundläggande upptäckterna var nu gjorda och resulterade i en uppsjö av kommunikationsprotokoll: Bluetooth, WiFi, LoRa, 6lowpan, ZigBee, HomeKit, SigFox.

med att utreda vilka kom­ munikationsprotokoll som fanns tillgängliga, istället för att fråga sig vad man faktiskt skulle använda dem till. Därför gick många projekt också om intet. Cisco uppskattade 2017 att 75% av alla IoT-projekt fallerade. Nu när 2020 är här börjar folk äntligen ställa sig frågan ­”varför ska vi bygga det?”. Idag kan vi testa IoT-koncept utan att behöva bygga all teknik från grunden. Det finns en uppsjö IoT-plattformar, ­lättillgänglig hårdvara, och 3D-printers. Tänk oss att vi har en affärsidé. Klarar vår affärsidé tand­ borst­testet? Det enda sättet att ta reda på det är att testa den med riktiga kunder. M Å N G A I OT - P R O J E K T B Ö R J A D E N U

D E T Ä R S VÅ R T AT T H I T TA B R A A F FÄ R S I D É E R . Riktigt svårt. Mycket svårare än att bygga den tekniska lösningen. Och de allra flesta affärsidéer klarar inte tandborsttestet – de flesta klarar inte ens det första mötet med kunderna. Därför måste vi träffa kunderna så fort som möjligt. Och om kunderna visar sig älska idén, så bygger vi produkten. Annars provar vi en ny idé. Det krävs ett gediget kunnande inom hård- och mjukvara för att bygga den tekniska lösningen. Men för att testa affärs­ idéer behöver man idag inte vara teknikexpert. Det här har lett fram till en spännande utveckling: en uppsättning företag som bygger hela sin affär på IoT, utan att någon tänker på dem som IoT-bolag. E T T AV D E M E S T PÅTAG L I G A E X E M P L E N är de motordrivna hyr­ sparkcyklar som nu finns i varje storstad. De hade inte varit möjliga utan den IoT-teknik som för 20 år sedan började som smart stoft. När smart stoft blev till sparkcyklar så blev science fiction till vardag – till produkter som folk använder många gånger om dagen. Och plötsligt klarar Internet of Things ­tandborsttestet.

ADAM DUNKELS IoT-pionjär och vd för Thingsquare



Piskan viner över utvecklarna när 5G-löften ska realiseras Kraven i mobilstandarderna fortsätter att öka, de stackare som utvecklar telefonerna måste leverera mer och mer inom samma ramar. Här är en rapport från Mediateks signalbehandlingsteam i Linköping.

A

Nilsson räknar ut att Moores lag nders Nilsson ­håller bidragit med en faktor på 2 700 presentation för en till detta. Dividera så återstår en lunchätande publik av faktor på 177 som effektivare studenter och branschkollegor implementationer tar äran för. på Mjärdevi Science Park i Lin– Och observera att detta bara köping i december. är siffror på ren bittakt, som inte År 2005 var han med och tar hänsyn till att algoritmerna grundade dsp-arkitekturföre­ som krävs för spektrumeffektaget Coresonic. Det tillhör tiviteten är mer komplexa. 5G sedan 2012 den taiwanesiska mobilkretstillverkaren ­Mediatek, försöker att lösa alla utmaningar samtidigt. Det gör vårt liv – som behållit utvecklingen i intressant, säger Anders Nilsson Linköping. i en underdrift. Mediatek är aktuell med sin första 5G-processor Dimensity. Inte utan viss stolthet berättar H A N P E K A R U T fem utmaningar Anders Nilsson om den krav­ som 5G-standarderna lastar ökning mobilmodem upplevt på utvecklarnas ryggar: högre mellan 2G och 5G. Hans siffror datatakt, kortare latens, högre är svindlande till den grad systemkapacitet, högre att de lockar publiken till pålitlighet – till samma skratt mellan falafeltugpris. gorna. Han påpekar Samtidigt förblir terett par gånger att hans miska krav, kostnadskrav kalkyler ger perspektiv och effektgränser vad de men inte ska tolkas alltför är. Och kiselprocesserna bokstavligt. Anders Nilsson har slutat att bli snabbare. Rätt knep för att möta detta E T T M O D E R N T M O D E M förbrukar berg av krav vore egentligen att cirka åtta Tops – åtta biljoner addera några hårda acceleraoperationer per sekund. Det torkärnor till modemet. Sådana motsvarar en superdator från brukar kunna snabba upp beräk2000–2001. En sådan drog sex ningar med en magnitud. megawatt och vägde 106 ton. Men 5G är spretig och fort­ – Jag har inte med mig någon sätter dessutom att utvecklas. 5G-telefon idag, men vi har Så 5G-koden måste köras i några på kontoret och jag kan generella dsp:er. avslöja att de inte väger 106 ton Det är i utvecklingen för dessa och inte drar sex megawatt. dsp:er de 25 personerna från En effektbudget på tre watt är gamla Coresonic i Linköping har vad hela mobiltelefonen har att en central roll. leka med, inte bara modemet. Ytterligare tusentals jorden Det är för att telefonen blir för runt är involverade i utveckvarm i handen annars. lingen av hela modemet. Och en Datatakten i 5G är 480 000 ännu större grupp arbetar med gånger högre än i 2G. Anders ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20


STARTBLOCKET SER-KRÖNIKA

Modellbaserad testning kortar utvecklingstiden M O D E L L B A S E R A D T E S T N I N G växte fram redan på 1990-talet. Grunden är att bygga testningen på systemmodeller som be­ skriver det önskade systemet. Dessa systemmodeller används sedan för att generera testfall manuellt eller automatiskt. Modellerna baseras huvudsakligen på kravspecifikationer för systemet.

Efter presentationen bildades en liten kö av studenter med frågor om 5G och eventuella jobbmöjligheter.

telefonens hela systemkrets. Mediatek har spenderat 3,3 miljarder dollar på utveckling för terminalenheter bara till 5G. Modemet är förresten inte bara ”ett” modem, utan hanterar alla standarder mellan 2G och 5G. Det hanterar flera bärare samtidigt, plus dubbla simkort där det ena kan ansluta till ett 4G-nät och det andra till ett 5Gnät – samtidigt. Mediateks 5G-krets stöder upp till 4,7 Gbit/s. Men nätverket sätter oftast en snävare gräns genom antalet frekvensband som är tillgängliga där telefonen befinner sig. – Så klaga inte på oss om du köper en 5G-telefon med vårt chip, och inte får 4,7 Gbit/s – klaga på din operatör! E N I N T R E S S A N T S PA N I N G som Anders Nilsson bidrar med är att tjänstekvaliteten över 5G globalt i snitt är bättre än över den folk har över sitt wifi hemma. – Det är lite sorgligt. Men trevligt för oss. 5G sänker responstiden från 40–50 ms i 4G ner till 1 ms i 5G om operatören valt att konfigurera sitt nät på det viset. Tekniken bakom detta är lätt att förstå. 4G-radio samplar typiskt i 15 kHz medan 5G kan gå upp till 120 kHz. Tiden som flyter mellan en fråga i tidslucka 1 och ett svar i tidslucka 4 blir helt enkelt kortare. Kommandon kan dessutom sändas tätare i 5G. Den kortare latensen lägger ytterligare en sten på bördan för utvecklaren. Även om datatakten inte hade höjts, utan bara laten-

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20

sen sänks skulle beräkningskraven ökat – om telefonen ska göra samma uppgift på en 40-del av tiden krävs 40 gånger högre beräkningstakt. – Sammantaget är kort latens trevligt och bra för användaren på många sätt. Men det är en plåga för oss. Bakom 5G-förbättringarna ligger vissa förändringar som användaren inte ens ser. Som förbättrad spektrumeffektivitet. Mellan 2G och 5G har den ökat från 0,17 till 30 bits/s/Hz. – Vi använder luftens resurser 200 gånger effektivare. Komplexiteten per behandlad bit har ökat dramatiskt mellan 2G och 5G. Om du tar emot 4,7 Gbit/s i ett modem som är klockat till 1 GHz, så kan du ägna 0,2 klockcykler åt varje bit. – Det betyder att du måste ha en maskin med mycket, mycket parallellism. Och skriva din mjukvara varsamt. H A N M I N N S den gamla goda tiden med Coresonics första modem som kunde ägna lyxiga två klockcykler åt varje bit. Efteråt svarar Anders Nilsson på frågor. Någon undrar över eventuella skador på vävnad från de nya höga 5G-frekvenserna. Anders Nilsson känner inte till några studier som hävdar detta. Han påpekar krasst att med de ynka tre watt som mobiltelefonen har att leka med så måste varenda joule tas tillvara. – Vi vill inte skicka effekt in i din hjärna. Det slösar energi.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

U T V E C K L I N G E N AV T E S T M E TO D I K har i stort gått från manuell testning till automatiserad testning och vidare till modell­ baserad testning. Den stegvisa utvecklingen pågår fortfaran­ de inom många applikationsdomäner där testmetodiken är eftersatt. Behoven finns inom många områden där program­ varukomplexiteten har utvecklats snabbt och testningen har blivit eftersatt. Testmetodiken har kommit att bli en nyckel­ faktor för framgångsrik applikationsutveckling. S P E C I E L LT I AG I L A M E TO D E R med snabba releasecykler kan man uppnå fördelar med att säkerställa stabiliteten. Med automat­ genererade testfall kan man köra stabilitetstest i all oändlig­ het, det är bara tid och datorresurser som sätter gränser. Det finns mer än ett dussin olika modeller som tillståndsmodeller, dataflödesmodeller och användningsfallsmodeller. F Ö R AT T S TÖ D J A D E S S A M E TO D E R har det tagits fram många v­ erktyg för utvecklingen av modeller. Verktygen finns som öppen källkod, freeware och kommersiella verktyg. Med kompletterande verktyg kan exekvering av testfallen och mätningar göras i målmiljön eller i simulerad miljö. I N O M D E N M O D E L L B A S E R A D E T E S T N I N G E N har det pågått forsk­ ning under många år. Utmaningen är att inför nya metoder i befintliga organisationer, speciellt i stora organisationer som har ett större antal programprodukter. Det kostar en del i utbildning och omställning av arbetsmetoder. Framtagningen av modellerna kräver också utvecklingsresurser. NYA R A P P O R T E R F R Å N F O R S K N I N G S S T U D I E R har också visat på svårigheterna att mäta hur mycket av systemet som har blivit testat och vilken kvalitetsnivå som verkligen har uppnåtts. Det har visat sig att i stora programvarusystem är de traditionella metoderna med mätning av kodtäckning etc. inte tillräckliga utan måste kompletteras med andra mätmetoder. Det finns också möjligheter att avgöra när man har testat tillräckligt. Det är dock inget unikt problem för modellbaserad testning utan finns även med manuella och med automatisk testning. I S Ä K E R H E T S K R I T I S K A S YS T E M blir det allt viktigare att lösa dessa utmaningar med mätmetoder och standarder. I dagens säker­ hetsstandarder finns mätmetoder specificerade och använd­ ningen av modellbaserad testning har rekommenderats för de två högsta nivåer för säkerhetskritiska system.

STAFFAN SKOGBY Ordförande SER, Svenska Elektro- och Dataingenjörers Riksförening


STARTBLOCKET

V

i för diskussioner med potentiella kunder, framförallt halvledartillverkare. Sen är det intressant att höra vad deras kunder har för önskemål om prestanda, där har vi en väldigt bra diskussionspartner i Ericsson. Man kan också tänka sig att de som tillverkar processutrustning för halvledartillverkning kan bli kunder, säger Lars Tilly, vd och en av grundarna till C2Amps. Transistorerna har utvecklats inom ramen för det treåriga EU-projektet Insight, som avslutades sommaren 2019. Arbetet har utförts professor Lars-Erik Wernerssons grupp i Lund tillsammans med kollegor i Europa. Man har tagit fram teoretiska modeller för transistorerna och tillverkat fungerande komponenter. Projektet blev så lyckat att det fått en fortsättning döpt till Sequence som fått finansiering med cirka 50 miljoner kronor för ytterligare tre år. Även finansiering från Vinnovas program Smartare Elektroniksystem har tilldelats C2Amps och Lunds universitet för att verifiera producerbarheten. – Nanotråden utgör kanalen och står på hög kant. Gaten är lindad runt nanotråden vilket gör att man kommer åt att styra strömmen från alla håll och därmed fås en högre förstärkning, transkonduktans, säger Lars Tilly och Lars-Erik Wernersson fyller i: – Nanotrådarna tillverkas av ett III-V-material (IndiumGalliumArsenid) vilket gör att mobiliteten blir högre än för kisel. T R A N S I S TO R E R N A fungerar för tillämpningar på åtminstone 100 GHz. Det handlar till att börja med om förstärkare och andra rf-block till produkter för 5G och så småningom även 6G. – De tre miljonerna vi fått in ska bland annat gå till att ta fram två prototypkretsar med relativt enkel topologi, säger Lars Tilly. Det är en lågbrusförstärkare för 28 GHz och en effektförstärkare med en uteffekt mellan 15 och 20 dBm. Kretsarna ska bli klar under året. – Det handlar inte om att få världens bästa prestanda utan visa att komponenterna fungerar på ett förutsägbart sätt. Steget därefter blir att få till gemensamma utvecklingsprojekt



Mätt och simulerad transistorkaraktäristik i en anpassad storsignalmodell för MOSFET-transi­ storer baserade på nanotrådar i III-V-material.

Transistorerna kan integreras i tvåstegsförstärkare vilka är designade för effektförstärkning i 5G-applikationer med god verkningsgrad.

NANOTRÅDAR gör Lunds transistorer snabba Transistorer baserade på nanotrådar klarar högre frekvenser och blir energisnålare än dagens CMOS-komponenter. Tekniken kommer från universitet i Lund och går att integrera i kiselprocesser. Dagarna före jul tog C2Amps – som håller på att kommersialisera tekniken – in tre miljoner kronor i såddkapital. med kunder vilket ligger ett eller två år fram i tiden. I D E N L Å N G S I K T I G A planen finns också att transistorn ska kunna användas i digital logik. Längst har företaget kommit med Ntransistorerna, men för digital logik behövs också P-transistorer. C2Amps ska dock inte bli en komponentleverantör. Tanken är att ta fram modeller av transistorn och ett recept för tillverkningen. Det första inbegriper design- och layoutbibliotek som kopplas till kommersiella EDA-verktyg. Därmed kan de potentiella kunderna själva designa exempelvis förstärkare baserat på transistorerna. Det senare är en förutsätt-

ning för att kretsarna ska kunna tillverkas. – Det går att odla nanotrådar­ na direkt på kisel vilket är en stor fördel. Med hjälp av vanliga litografiska processer kan man definiera ytor med nanotrådar exakt där man vill ha dem på samma sätt som man tillverkar dagens CMOS-transistorer. H I S TO R I S K T H A R halvledartillverkarna varit extremt skeptiska till att släppa in nya material i renrummen. Det finns alltid en risk att de kontaminerar processen och därmed förstör komponenterna. Ett av få undantag har varit germanium och på senare tid även koppar, men i takt med att rena CMOS-processer tvingats

Från vänster: Adam Jönsson, Stefan Andric, Lars-Erik Wernersson, Lars Tilly, Tobias Tired och Erik Lind.

hantera allt högre frekvenser har motståndet minskat. – Nanotrådstransistorer tillverkade av III-V-material finns inritade i branschorganisationen ITRS roadmap framåt 2025 som en möjlighet, säger Lars-Erik Wernersson. Han påminner också om att galliumnitrid varit en stark trend de senaste åren. Precis som man för CMOSprocesser pratar kanallängder, och tillhörande skalning, går även nanotrådarna att successivt att göra mindre. Idag är de runt 100 nm långa men forskarna har visat trådar som är så korta som 20 nm. C2Amps har en handfull egna patent och patentansökningar kring nanotrådstransistorn. Dessutom har Lundaforskare, inklusive professor Lars Samuels­ son, många grundläggande patent på nanotrådstekniken. – Vi blir bra positionerade på marknaden, säger Lars-Erik Wernersson. Företaget har fyra anställda och planen är att anställa ytter­ ligare någon person. – I och med att vi fått den första externa finansieringen kan vi gasa på ordentligt, säger Lars Tilly.  PER HENRICSSON per@etn.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20


Skapa kontakt

Anslut till världen, med eller utan tråd Vardagen bjuder på många utmaningar. Microchip inser det, så vi gör det lätt att tillägga anslutningsbarhet i dina konstruktioner. Oavsett om du behöver en robust och tillförlitlig trådad lösning eller trådlös rörlighet och bekvämlighet hjälper Microchips breda portfölj till att skapa kontakt. För att göra det ännu enklare är våra MCU- och MPU-kretsar kompatibla med våra trådade och trådlösa produkter. Och vi hjälper dig att snabbt nå marknaden med certifierade moduler och tillverkningsfärdiga protokollstackar. Kontakta Microchip och ta reda på hur du ansluter säkert till världen runt omkring dig.

Skapa kontakt på www.microchip.com/Connected Microchips namn och logotyp samt Microchip-logotypen är registrerade varumärken tillhörande Microchip Technology Incorporated i USA och andra länder. Alla andra varumärken är respektive registrerad ägares egendom. © 2019 Microchip Technology Inc. Eftertryck förbjudes. DS00002768A. MEC2231A-SWE-11-19


TEMA: KOMMUNIKATION

Kapplöpningen mot 6G Trots att 5G inte riktigt hunnit ur startblocken har f­ orskarna redan b ­ örjat fundera på nästa mobil­standard. 6G ligger tio år fram i tiden och då ­kommunicerar vi via hologram och smarta ytor. Datatakterna är 1 Tbit/s och ­fördröjningar under 0,1 ms. Dessutom vet näten på centimetern när var vi befinner oss.

Magnus Frodigh

Förutom att det ger tillgång till stora, sammanhängande frekvensblock ska man hålla i minnet att räckvidden blir kort och signalerna blockeras av exempelvis väggar. Samtidigt blir våglängden så kort att det går att få in relativt stora matriser med antennelement även i en mobiltelefon. Det kan användas för att skapa väldigt smala och styrbara lober samtidigt som det underlättar positioneringen relativt basstationerna. Noggrann positionering skapar också nya förutsättningar för att höja säkerheten, ett problem som måste lösas tidigt. – Säg att jag påstår mig sitta inne på det här kontoret i Lund men sen kommer signalerna från en helt annan del av staden. Det går att bygga in säkerhet i det fysiska lagret från början, säger Fredrik Tufvesson som är professor vid Lunds tekniska högskola. E N H E LT A N N A N A S P E K T som får allt större betydelse är hållbarhet. Ericsson har gjort en studie tillsammans med professorn och miljödebattören Johan Rockström som visar hur olika branscher kan halvera CO2-utslåppen till 2030 med hjälp av 5G och ytterligare en gång till år 2040. Mobilbranschen i sig står för 1,4 procent av de globala CO2-utsläppen en siffra som spås minskar framöver med 5G. Utrullningen av 5G kommer framförallt att innebära ett lyft för storstäder. – I 6G måste man också tänka på glesbefolkade områden, det gäller både norra de-

Matti Latva-aho

larna av Finland och Sverige men även i utvecklingsländer, säger Matti Latva-aho som är chef för det nationella finska 6G-projektet ”6G Flagship”. Det blir knappast samma datatakter som i städerna utan handlar mer om att det alltid ska gå att ringa och surfa. – Det kommer att öppna för nya och intressanta tillämpningar. Sverige och Finland är inte ensamma om att bedriva 6G-forskning. Runt om i världen formeras det just nu olika projekt. – Kina drog igång ett 6G-projekt i november. Vi vet inte så mycket om det men de kommer hit och berättar om det på vår nästa konferens i mars 2020, säger Matti Latva-aho som är professor vid Uleåborgs universitet. Korea har varit pionjär vad gäller 5G och det planeras för ett 6G-projekt med start 2021. I Japan är allt fokus på sommarens olympiad och det 5G-nät som ska underlätta spelen. Först därefter lär arbetet med 6G komma igång. USA har väldigt lite inhemsk industri och har inte formerat några 6G-projekt. EU ligger i startgroparna med ett nytt flaggskeppsprojekt inom ramen för Horizon 2020. Förslag ska vara inlämnade i april nästa år med planerad start i slutet av året. – Det börjar hända saker lite överallt, det är en bra tid för akademin men kanske lite tidigt för industrin, säger Matti Latva-aho. PER HENRICSSON per@etn.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20

▲ ▲



6G FLAGSHIP

5G

är den första mobilstandarden som ligger före tidtabell och 6G ser ut att ha ännu mer bråttom. Diskussionerna började för ett drygt år sedan, ungefär samtidigt som de första kommersiella 5G-näten lanserades. – Jag tror det handlar om att betydelsen som tekniken har för samhället har ökat. Då vill olika spelare positionera sig och vara först ute, säger Magnus Frodigh som är forskningschef på Ericsson. I så här tidiga skeden handlar mycket om ledarskapet, att påverka vilken riktning utvecklingen tar. En annan drivkraft är patent men det är svårt att veta vilket värde de får i ett så tidigt skede. – De riktigt värdefulla patenten kommer under standardiseringsarbetet. För 6G ligger det uppskattningsvis sex, sju år bort i tiden. Precis som alla tidigare generationer kommer 6G att ge avsevärt större bandbredd, kortare fördröjningar och kunna hantera fler enheter. Men visionen om vad det ska lösa för nya problem är däremot otydlig. – Jag tänker lite såhär. Försöker man titta tio år fram i tiden måste man fundera på hur världen kommer att se ut. 5G kommer att öppna upp helt nya områden, vi kommer att lära oss otroligt mycket mer och få avancerade tjänster, säger Magnus Frodigh. Värt att komma hålla i minnet är att 5G precis som tidigare generationer kommer att utvecklas via ett antal iterationer av standarden. Dagens 5G NR, som nyttjar corenätet i LTE, kommer att ersättas av 5G SA med ett nytt corenät om kanske två år och sedan kommer ytterligare ett par iterationer fram till år 2030. – Det kommer att bli d ­ yrare och dyrare att fylla på med funktioner och det är först när man känner att det är dags för en omstart som vi vet vad 6G blir. Det är ganska långt bort ännu, säger Magnus Frodigh. En rimlig gissning är att modulationsmetoder som QAM och OFDM inte räcker till och att det behövs större frekvensband. Det är populärt att gissa på området mellan 100 GHz och 300 GHz vilket ofta benämns som Terahertzområdet.


TEMA: KOMMUNIKATION

6G FLAGSHIP

har startat

Finland först i spåret Redan våren 2018 startade det finska forskningsprojektet ”6G Flagship”. Det löper över åtta år och har en statlig finansiering på 2,1 miljarder kronor plus minst lika mycket pengar från privata finansiärer. Målet? Att Finland ska ligga i täten i kapplöpningen mot 6G.

Även om finansieringen bara går till finska forskare är projektet långt ifrån nationellt. – Vi försöker skapa ett globalt ekosystem med forskare, operatörer, industrin och myndigheter för att utröna vad 6G ska bli, säger Matti Latva-aho som är professor vid

Uleåborgs universitet och chef för projektet. En del i arbetet är ”6G Wireless Summit” som gick av stapeln i mars 2019 och samlade 300 personer från 29 länder i Levi i Lappland. – Det blev väldigt lyckat så vi ska göra det i år, den 17:e till

20:e mars. Nyligen presenterades ett första vitpapper som sammanfattar konferensen. ”Key Drivers and Research Challenges for 6G Ubiquitous Wireless Intelligence” går att ladda ner från universitetets hemsida och ska uppdateras årligen. PH

FYRA FINSKA FORSKNINGSOMRÅDEN

Hårdvara och enheter

Distribuerade beräkningar

Applikationer och tjänster

Fokuserar på det fysiska och handlar bland annat om att utröna vad som kan ersätta QAM och OFDM som modula­ tionsmetoder på de betydligt högre frekvenserna men också hur maskininlärning och AI kan användas för att dynamiskt och automatiskt optimera näten.

Ställer bland ­annat ­frågan vilken halv­ ledarteknik som fungerar på frekvenser mellan 100 GHz och 300 GHz. Klarar CMOS även detta eller behövs andra halvledar­ processer?

Beräkningskraften har redan bör­ jat flytta ut närmare användarna. Men hur långt kan man gå? Även här kommer maskininlärning och AI, in men i mobilnäten har man inte lyxen att kunna tugga sig ige­ nom stora datamängder i veckor, det måste gå fort vilket är en stor utmaning som inte är prioriterad i dagens forskning.

På universitetsområdet i Uleåborg finns ett 5G-nät som kan användas för olika tester. Exempelvis kan man lägga på olika vertikala tjänster för exempel­ vis hälsovård, hamnar, köpcentrum och industrier. Andra frågor är regulatoriska. Vem kommer att äga de nya spektrumområdena? Kan de tilldelas dynamiskt? Hur ser det ut i olika länder? Dessutom kan det tillkomma nya aktörer vid sidan av dagens operatörer som bygger nät och servar olika vertikaler.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20

▲ ▲

Trådlös kommunikation




OVE EDFORS, LUNDS UNIVERSITET

TEMA: KOMMUNIKATION

Antennsystem stora som husfasader Om antennsystemen är stora som hela husfasader går det att skapa extremt smala lober vilket öppnar för helt nya tillämpningar.

Dagens mest avancerade mobilsystem använder sig av massiv mimo med ett antal antennelement inklusive tillhörande mottagare och sändare. Tekniken gör det möjligt att skapa flera lober och dessutom ändra formen på dessa. Allt sitter samlat på en liten yta. Om man skalar upp konceptet så att antennsystemen täcker en hel husvägg får man vad som kan kallas intelligenta ytor. Kan man också köra koherent bearbetning av signalerna från alla antennelementen ger det extremt bra kapacitet eftersom loberna kan göras många och väldigt smala. Dessutom blir positioneringen enkel när loberna är smala. E N U T M A N I N G Ä R att rent fysiskt koppla ihop alla antenner med sina sändare och mottagare. – Vi arbetar med ett modulärt koncept för att antennelementen

varför tekniken har potential att ska kunna prata med varandra, sänka energiförbrukningen. säger Fredrik Tufvesson som är – Än så länge handlar det om professor vid Lunds tekniska teoretiska studier men vi funhögskola. derar på hur vi ska realisera det, Tanken är att ha en bussliksäger Fredrik Tufvesson. nande bakplansstruktur för att koppla ihop antennelementen. Man kan också lägga ihop ett I O C H M E D AT T Y TA N på en fasad antal antennelement i en grupp är så stor är tekniken användbar och sedan koppla ihop grupper även på lägre frekvenser, under med varandra. 6 GHz. – På senaste Mobile World – Det finns egentligen ingen Congress hade Ericsson en anledning att gå upp, man får konceptstudie med en lång tejpupplösningen genom den stora remsa för antenner och bakplan ytan, säger Fredrik Tufvesson. kallat Radio Stripe. Nu tar vi Ytterligare en fördel med inteltekniken ett steg till. ligenta ytor är att man kan hålla Förutom att det går att skapa terminalerna enkla i och med att extremt smala lober är mycket av komplexiteten chansen att det finns fri kan flyttas till molnet. sikt mellan sändare och Det gäller både hårdvara mottagare betydligt bättoch programvara. re om man täcker hela Det öppnar för nya husfasaden med antentillämpningar som nelement. Dessutom blir batterilösa sensor­noder avstånden relativt korta Fredrik Tufvesson som lever på så kallad

backscatter, att modulera och reflektera infallande radiostrålning för att skicka information på nästan ingen energi alls. – Du kan fokusera energin dit du verkligen vill ha den för att läsa av informationen men man kan också använda tekniken för andra typer av avkänning. N Ä R M A N KO M M E R N E D på centimeternivå i noggrannhet skulle man exempelvis kunna upptäcka om en person andas genom att studera hur hur spridningen av signalen beter sig. – Ett annat scenario som diskuteras är varför man ska behöva stanna i en flygplatsscanner, det skulle man kunna göra när folk går, säger Fredrik Tufvesson. Den här typen av scannrar använder radiofrekvenser på 60 GHz för att upptäcka vapen eller andra otillåtna föremål som döljs av kläderna. PH

Pejlar dig med centimeternoggrannhet

Positionering kommer att bli viktig redan i de kommande versionerna av 5G men ett absolut krav i 6G. Det räcker dock inte med att använda satellitbaserade system som GPS eller den triangulering som används i dagens nät. Noggrannheten är inte bättre än fem till tio meter. Det är först när man går upp i millimetervågsområdet, i praktiken över 24 GHz, som en enskild basstation kan bestämma positionen på en terminal med centimeternoggrannhet. På millimetervågsområdet blir antennerna tillräckligt små för att man ska få plats med många på en så pass lite yta som en mobil. Först



CHALMERS

När mobilnätet på centi­ metern när vet var din telefon befinner, och hur den är orienterad, går det att i realtid optimera kommunikations­ kanalen och därmed slippa dagens gissel med tappade samtal och stundtals långsam datakommunikation.

då blir det möjligt att mäta vinkel och orientering relativt en enda basstation med centimeternoggrannhet. E N K E LT F Ö R K L A R AT handlar det om att mobilen har ett antal antenner i x- och y-led som tar emot den pilotton som varje basstation skickar ut var hundrade millisekund. Beroende på vinkel till sändaren tar det olika lång tid för signalen att nå de olika antennelementen. Tidsskillnaden ger

av radioteknik sedan 2006. De senaste sex åren har fokus legat på mobilsystem.

T VÅ F R ÅG O R som har betydelse för om tekniken blir praktisk användbar är hur mycket hårdvara som behövs, i praktiken antalet mottagarkedjor, liksom mängden beräkningskraft och var den ska finnas. Tekniken skulle kunna användas till mer än att positionera mobiltelefoner. – I princip fungerar det som en radar, så man skulle kunna orientering och avståndet till ersätta radarn i ett fordon med basstationen. Verkligheten är ett 5G-modem, säger Henk såklart betydligt mer kompliceWymeersch. rad med många signalvägar och En stor fördel är att basstatioolika störkällor. nen då koordinerar positions– Vi har teoretiskt visat att det bestämningen hos alla fungerar, nästa år ska vi modem som finns inom validera det med experi­ ”hörhåll”, man slipper ment, säger Henk Wy­ därmed problemet i meersch som är professor osynkroniserade radari kommunikationssystem system som ”bländar” på Chalmers. varandra med sina utsigHan har forskat på positionering med hjälp Henk Wymeersch naler. PH

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20


frå

A n H NN ig ON hT S ec hI oT

För HighTech IoT Nordic är ingenting omöjligt HighTech IoT Nordic är det lilla företaget med den stora bredden och djupa kompetensen. När det kommer till avancerade dator- och displaylösningar, är det inte många som kan slå dem på fingrarna.

N

ästan överallt du går idag, omges du av datorer och skärmar på ett eller annat sätt. Ibland kanske utan att tänka på det. Den digitala skärmen som rullar fram sitt reklambudskap där du står och väntar på bussen, är inte så lätt att missa. Att det är en liten dator som styr venti­ lationen i bussen, när den väl har anlänt och det är dags för dig att kliva på, är där­ emot kanske inget du funderat på. För de anställda på HighTech utgörs vardagen av just datorer och skärmar, och kanske är det de som har levererat systemet som ser till att din vardag blir lite bekvämare? Lång erfarenhet och skräddarsydda lösningar

Andreas Luther och Keith Jeminen hade en tanke om att välja ut de allra bästa kom­ ponenterna, kombinera ihop dessa och sedan erbjuda dessa till marknaden som skräddarsydda lösningar. Sagt och gjort – så grundades HighTech IoT Nordic. – Vi har många års erfarenhet från det här området, berättar Andreas, och har därför stenkoll på vilka komponen­ ter som fungerar bra ihop. Både jag och Keith har flera anställningar bakom oss, men nu får vi göra saker och ting på vårt sätt, utan att behöva gå igenom långa kedjor av beslutsfattande. Det blir bättre både för oss och för kunderna. Tack vare den breda kunskapen och de många kontakterna i branschen, kan HighTech hantera även de mest specifika beställningarna. – Ena dagen kommer en beställning på en fläktlös ruggad industridator med rostfri/IP-klassad touchskärm, berättar Keith, och en annan dag frågar någon av våra kunder om vi kan leverera en medi­ cincertifierad dator med ett medicinklas­ sat tangentbord. Ytterligare någon annan har ett inbyggt system som behöver ett moderkort för Windows och Android. Och det är en lika skön känsla varje gång att kunna svara ”inga problem, det fixar vi!”. Fyra huvudområden

Företaget har riktat in sig på fyra huvud­ områden; industridatorer, digital skyltning, inbyggda system och medicindatorer.

– På området industridatorer levererar vi lösningar till allt från fabriksmiljö till de djupaste gruvorna – alltid med fokus på driftsäkerhet. All produktion är ESDsäkrad, och vi monterar och testar alla system själva. När det är dags för installa­ tion, hjälper vi till med det också. Bland de tillverkare som finns repre­ senterade återfinns bland annat Axiom­ tek, IEI och Supermicro. Lösningarna för digital skyltning sträcker sig från allt till mäklar- och skyltfönsterdisplayer till utomhusskär­ mar och videoväggar. – Vi ser till att rätt komponenter an­ vänds, så att budskapet som visas verk­ ligen kommer fram, och vi har både standardlösningar och skräddarsydda varianter. Tidigare i veckan levererade vi en tunn mediaspelare med en stor, IP-klassad utomhusreklamskärm till en av våra kunder. Det är verkligen kul att kunna hjälpa kunderna med även de mest specifika beställningar. När det kommer till inbyggda system, kan HighTech IoT Nordic stoltsera med att kunna erbjuda skräddarsydda lös­ ningar, baserade på komponenter från Embedded-tillverkare som exempelvis

Commell, Lexcom och MSI. – Det är inte många som kan skryta med det, men i och med att vi har så täta kon­ takter med leverantörerna har det blivit möjligt för oss, vilket så klart är jättekul! Inom det fjärde och sista området, medicindatorer, återfinns bland annat displayer och datorer avsedda för medi­ cinsk miljö. Det är en självklarhet för Andreas och Keith att alla produkter ­ måste uppfylla de tuffa miljö- och certi­ fieringskrav som förekommer inom det medicintekniska området. Värnar om både människa och miljö

Även om teknik och kvalitet är det som utgör kärnan i hela verksamheten, ge­ nomsyras den även av mjukare värden. – Klimatfrågan är något vi alla måste ta ansvar för, och vi på HighTech gör vad vi kan för att dra vårt strå till stacken. Själv­ klart källsorterar vi vårt avfall, men vi gör även annat för att värna om miljön. Bland annat försöker vi successivt övergå till mer miljövänliga produkter, och vi väljer alltid transportvägar som har så lite på­ verkan på miljön som möjligt. Detta kan i vissa fall påverka leveranstiderna, men än så länge har ingen av våra kunder kla­ gat på den prioriteringen, säger Andreas med ett leende. Företaget har även fokus på mänskliga rättigheter, där allas lika värde betonas. Som en del av det, behöver företag som vill bli partners till HighTech dela denna syn. Växer så det knakar

Sedan bolaget grundades, 2017, har till­ växtkurvan pekat rakt upp. Använd­ ningen av datoriserad utrustning och displaylösningar ökar hela tiden. Det finns många aktörer på marknaden, men det är inte alla som kan förse kunderna med skräddarsydda lösningar. Dessutom inom flera olika områden. – Jag tror att ytterligare en viktig och bidragande faktor till våra framgångar ligger i att vi verkligen kan och gillar det vi gör, säger Keith. Det finns inget roligare än att ta sig an ett riktigt klurigt projekt, och att kunna leverera en grym lösning till kunden.  n


TEMA: KOMMUNIKATION

I

IKEA

december gick snålradio­ protokollet Zigbee i bräschen för en standardisering av det smarta hemmet. Samtidigt gick Ikea med i styrelsen för Zigbee Alliance. Det var ingen slump. – Nej, bekräftar Ulf Axelsson, Ikeas styrelseledamot i Zigbee Alliance. Standardprojektet som tar fram nya protokoll heter Con­ nected Home over IP, förkortat till Chip. Chip passar Ikeas plan. – Utvecklingen som kommer att ske inom Chip är något som vi arbetat för under lång tid.

Amazon, Google och Apple i Ikeas

SMARTA HEM

Ikea ökar investeringarna i sitt smarta hem samtidigt som de tre stora röstassistenterna hörsammar ett upprop från Zigbee och Ikea kring standardisering. Elektroniktidningen talar med Ikeas smarta hem­arkitekt Ulf Axelsson om vad som händer nu. FAKTA

Ikeas smarta hem går från hobby till affärsområde Det blev officiellt i augusti att Ikeas smarta hemsatsning utnämnts till en ny affärsenhet under namnet Home Smart. – Det betyder att vi lyfter upp Home Smart på ett mycket tydligare sätt inom Ikea och tydliggör att det är en väldigt stor satsning. Att kalla Ikeas smarta hemmetprylar för en hobby är en överdrift, men krasst innebär bildandet av affärsenheten att det blir betydligt lättare att finansiera vidare utveck­ ling. Home Smart är den största Ikea-satsningen på en ny affärs­



enhet sedan 1997. Sedan 2016 när företaget släppte sin första trådlöst styrda LED-lam­ pa, har utbudet vuxit. På ljussidan finns nu smarta spottar, ljuslister och skåpbelysning. På sikt kommer all Ikea-belysning att vara smart. Lampfjärrkontrollen har komplette­ rats med IR-sensor. Rullgardinerna Fyrtur och Kadrilj motiverades av att de löste ett problem – fönster som är monterade utom räckhåll. Därefter kom den trådlösa högta­ laren ”Symfonisk” i samarbete med Sonos. Den finns som bordslampa eller bokstöd och en isärskruvning

på Youtube avslöjar att den helt enkelt är en Sonos One med annat hölje, till 2/3 av priset. Nästa produkt handlar om ”sce­ narier”. Ett enda tryck på en fysisk knapp koordinerar alla smarta hemmets prylar till en förprogram­ merad inställning. Det ger en tydlig illustration till poängen med standardisering. När du trycker på Ikeas scenarioknapp för tevetid så dimmas Ikeas lampor, rullas Ikeas gardiner ner och aktiveras Ikeas högtalare – men också Samsungs teve och Osrams lampor behöver instruktioner.

R O P E N PÅ S TA N D A R D I S E R I N G har hörts förr. Men det skänker tyngd att Chip stöds av de idag inkompatibla tre stora namnen inom röstassistenter: Amazon, Apple och Google. Tyngd skänker även Ikeas närvaro. Ulf Axelsson tror att många kommer att knacka på när de inser från vilka inbjudan kommer från. – Det är en imponerande samling företag som ställt sig bakom att jobba med Chip och det kommer antagligen till många fler företag nu när det är öppet annonserat. Utöver Apple, Amazon, Google och Ikea hittar vi i Zigbees styrelse halvledartillverkarna Silicon Labs, NXP och TI. Andra stolar upptas av bland annat Samsung, Schneider Electric och Comcast. Målet är att de innan årets slut ska ha ett utkast till en standard och preliminära referensimplementeringar i öppen källkod. – Men det är mycket som ska lösas och standardisering tar tid, det kommer att dröja innan produkter når butikshyllorna. C H I P H A N D L A R O M applikationsskiktet, som serverar kommandon som ”dra ner rullgardinen”, ”släck alla lampor som stör” och ”spela Tomas Ledin”. Chip kommer att låna från Dotdot, Zigbees nuvarande motsvarande standard. Zigbee föredrog Thread som bärare, men Chip kommer redan i sin första generation även att fungera över Wifi och Bluetooth. Första versionen ska stödja WiFi 6, Thread över 802.15.4-2006 på 2,4 GHz och Bluetooth LE 5.0. Ethernet står på tur, och på sikt alla protokoll som talar eller kan övertalas att bära Internetproto-

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20


IKEA

Ulf Axelsson, Ikea.

kollet IP, som är basen. Det nya för Ikea i Zigbee Alliance är styrelsemedlemskapet. Företaget har varit aktiv deltagare i fyra år. – Vi har i detta tidsspann gått från att inte ha några Zigbeecertifieringar alls till att idag ha mer än 160. Över tiden har detta gjort att Zigbee Alliance betytt mer och mer för oss. Vad vill Ikea påverka? – En stor del är att arbeta för att Ikea och Zigbee Alliance blir en viktig spelare inom IoT. Ikea kommer särskilt att engagera sig i tre områden: interoperabilitet, minskat gatewayberoende och ett bra stöd för sina kits. – Våra små system med enbart en fjärrkontroll och lampa, uttag eller rullgardin, ligger oss varmt om hjärtat och är något som gör oss unika. Många kunder söker sig till oss för att de har specifika problem de vill lösa – dimma en lampa eller rulla upp rullgardinerna från sängen – inte för att de vill ha hemautomation. ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20

Med Chip får produktutvecklare interoperabilitet gratis. Ikea använde Zigbee från start för att kunna integrera konkurrenter snarare än att skapa ett slutet ekosystem. – Jag använder själv sex stycken olika Zigbeecontrollers i mitt hem för att testa våra produkter, många teknikintresserade kunder använder också dessa. Det hade inte gått utan Zigbees standardiserade gränssnitt. Men det skulle kunna vara enklare. – Zigbee har idag teknisk interoperabilitet, det är ofta möjligt att få in Zigbee-enheter från olika tillverkare i samma Zigbeenät och de funkar. Men det förutsätter att man vet hur man gör. Det som saknas är användarmässig interoperabilitet, det vill säga att även interaktionerna på produkter från olika tillverkare är tillräckligt lika. En gateway kan vara bra att ha för lokal automatisering. Men den komplexa bördan att översätta mellan Zigbee, det egna protokollet och de tre röststyrda

högtalarnas protokoll – i ständigt nya versioner – vill Ikea gärna slippa. Tyvärr kommer du som redan byggt dig ett smart hem kanske inte undan med att behöva ha kvar någon liten konverteringshubb eftersom Chip inte primärt har ambitionen att vara bakåtkompatibel. AT T C H I P G Å R ”över IP” betyder att varje liten lampa kan få sin egen IP-adress och att Chip kan åka snålskjuts på de decennier av erfarenhet och funktionalitet som lagts ner i stacken. Allt kan adressera allt utan mellanhänder. Ett och samma protokoll används på såväl de fysiska produkterna som på apparna och i molnet. – Genom att använda exempelvis Thread så kommer lampor och batteridrivna fjärrkontroller att kunna nå back end direkt utan att äventyra säkerheten i mellanliggande översättningar mellan Zigbee och IP. Säkerhet är en punkt Chipprojektet betonar. Vid första

påseendet är det kanske inte uppenbart att Ikea har en säkerhetsutmaning – ingen dör om en lampa, rullgardin eller musikspelare hackas. Men Ikea vill inte lämna något slumpen. – Det har ett väldigt högt fokus från oss, vi arbetar väldigt aktivt med säkerheten och uppdaterar kontinuerligt våra produkter. När det gäller brandsäkerhet är ett av våra krav att exempelvis överhettningsskydd inte ska vara baserat på mjukvara, det ska inte gå att hacka en lampa för att starta en brand. Chip kommer samla referens­ implementationer och publicera dem som öppen källkod. – Inom denna bransch är det omöjligt att inte använda open source och det är något vi gärna gör. Det är för övrigt en väldigt intressant del med Chip att implementation och specifikation görs samtidigt. Det är förhoppningsvis en av ingredienserna till att standardiseringen kan gå fortare, även om det också kan bli en utmaning. JAN TÅNGRING

jan@etn.se




PROFESSORERNA: ”GLOKAL ENGINEERING FORDRAR GOD KOMMUNIKATION”

Charlie Keeling (Visiting Scholar, Department of communication and learning in science, Chalmers University of Technology; Associate Professor of English, USN)

1400 svar på frågan ”vad är

den största utmaningen i ditt dagliga arbete” resulterade i ett övervägande stort antal svar som berörde kommunikationen i tekniskt avancerade projekt och särskilt mellan tekniskt kunnig personal och beslutsfattare.

Det var besökare på mässan Advanced Engineering 2019 som fick frågan med anledning av att behandlingen av hjärtefrågor och utmaningar hos produktutvecklande bolag inom tillverkningsindustrin är en av missionerna med att arrangera mötesplatsen. Ökat behov av kommunikation i näringslivet märks av vid instituten Magnus Gustafsson är lektor och har arbetat med teknisk kommunikation på Chalmers i goda 20 år och sett fältet utvecklas tillsammans med kommunikationskanaler. Idag möter Magnus branschen främst via studentexamensprojekt, det arbete som branschdoktorander gör samt vid design och planering av professionella utbildningskurser i samarbete med Chalmers Professional Education.

Kurserna som fokuserar på teknisk kommunikation vid avdelningen är huvudsakligen inriktade på specifika tekniska discipliner. Många olika typer av teknisk kommunikation tenderar dock att locka främst internationella studenter med en ganska solid utbildningskarriär mot ingenjörsvetenskap eller vetenskaperna som mål. Institutet Chalmers ser i samband med detta ett mycket stort behov av att förbereda studenter för komplexa, avancerade och tvärvetenskapliga projekt. För närvarande tar mycket av den ansträngningen formen av projektbaserat och / eller utmaningsbaserat lärande där det finns ett uppenbart behov av att också arbeta med teknisk kommunikation över olika discipliner och kulturer. Magnus Gustafsson belyser varför så många utmanas av kommunikation i tekniskt avancerade projekt:

- Anledningen till detta behov är helt enkelt en återspegling av den ständiga utvecklingen av glokalteknik och arbete. Den globala nätverkade arbetsmiljön är given för många forskare och

TILLVERKNINGSINDUSTRINS MÖTESPLATS FÖR PRODUKTUTVECKLING & SOURCING

Magnus Gustafsson (Associate professor, Department of communication and learning in science, Chalmers University of Technology)

ingenjörer och då behöver kommunikationen fungera, säger Magnus Gustafson. Professorduo syr ihop workshop på ämnet i mars 2020 Tillsammans med Charles Keeling, docent i engelska som har arbetat vid universitet i tre länder, drivit företag i två och bott i sju, har Magnus Gustafsson sytt ihop en workshop för ingenjörer och beslutsfattare hos produktutvecklande bolag inom tillverkande industri på branschmässan Advanced Engineering 2020. Under 15 år arbetade Keeling med och för Volvokoncernen, både med beslutsfattare och teknisk personal med kommunikation både externt och internt i hela den globala gruppen och han ser ett fortsatt stort behov av utbildning inom ämnet, mycket tack vare den digitala kommunikationens utveckling.

- Den digitala revolutionen har inte bara ökat behovet att kommunicera, utan än viktigare att förstå kommunikation, säger Charles Keeling.


WORKSHOP OM KOMMUNIKATION I TEKNISKT AVANCERADE PROJEKT 25 MARS Ta med dina kollegor och se fram emot en halvdag med välinvesterad tid. Alla som påverkar och beslutar inom tekniska projekt är välkomna.

Innehåll:

Start Making Sense - real-world collaborative communication for decision-makers and technical staff • Real-world examples of communication for peer-to-peer assessment and review • Group multimedia projects to effectivize projects • Group projects featuring decisionmakers and technical staff for real-world context

• Take-home product for presentation of Chalmers workshop to own organization

5 goda råd från Magnus Gustafsson & Charles Keeling

Tid & plats: Workshopen kommer att hållas på engelska under mässan Advanced Engineering på Åbymässan den 25 mars kl. 13-16.

1. Visualisera mer och arbeta med grafik. 2. Testa dina disciplinära förklaringar och argument med kollegor från avlägsna såväl som tangentfält.

Anmälan: Ni deltar genom att anmäla er till workshopen på www.advancedengineering.se Moderatorer och avsändare: Charles Keeling & Magnus Gustafsson, Chalmers kommunikationsavdelning

• Gamification to enhance collaborative and interpersonal communication

Slutligen vill Magnus och Charles dela med sig av sina bästa tips.

3. Ställ frågor, låtsas inte förstå vad du läser! 4. Avsändare. Meddelande. Mottagare. Att förstå och reflektera över kommu nikation börjar kritiskt med dessa tre komponentkategorier. 5. De är den mjuka kraften som driver den mänskliga världen. Vi är kommunikationsdjur.

TA MED DIG KOLLEGORNA OCH BESÖK ADVANCED ENGINEERING KOSTNADSFRITT! Plats: Åbymässan, Mölndal Datum & tider: 25 mars, 09-17 & 26 mars, 09-16 Mötesplatsen finns till för dig som beslutar eller påverkar inköp med målet att optimera en ny eller existerande industriell produkt eller för dig som vill automatisera produktionen. Oberoende av vilket steg i utvecklingsprocessen ni fokuserar på, så är detta mässan för er!

Tekniskt kunniga utställare

Material pavilion, vehicle area

2 scener med industriprofiler & nyhetsdemos

3 temahalvdagar med applied AI, inköp & teknisk kommunikation

Startup area & pitch sessions

After work

Fri entré på www.advancedengineering.se

TILLVERKNINGSINDUSTRINS MÖTESPLATS FÖR PRODUKTUTVECKLING & SOURCING


TEMA: KOMMUNIKATION

Forskningsavknoppare hittar mönster i stormfloder av realtidsdata Med en grund i 20 års universitetsforskning säger sig Uppsalaföretaget Stream Analyze (SA) öppna nya möjligheter inom området realtidsanalys av strömmande data. Prediktivt underhåll är en av många tillämpningar.

E

n erfaren bilmekaniker sätter örat till motorhuven och talar direkt om vad som surrar och snarast behöver åtgärdas. Motsvarande typ av diagnoser när de görs automatiskt kallas anomali­ detektering. Maskiner av alla slag kan kontinuerligt tappas på sensordata som sedan analyseras av algoritmer. Vid avvikelser går larmet. Framför allt är det relevant att upptäcka fel redan innan de inträffar för att undvika skador och kostsamma produktionsstopp. Det kallas preventivt underhåll.

Om man får tro Stream Analyze finns inget som kan konkurrera i effektivitet med dess plattform för realtidsanalys av strömmande data. Företaget flyttar fram gränserna för vad som ens går att göra inom området. Konkret består produkten av mjukvara, optimerad C-kod. Med full funktionalitet ryms den i 5,2 Mbyte och vid behov kan funktionaliteten bantas ner till ett fotavtryck på bara 101 kbyte. Koden kan distribueras på olika sätt, men det som verkligen öppnar möjligheter är när koden körs direkt i maskinens styrkort.

Eller maskinernas – plural. Idag gör SA tillämpningar Genom att alla beräkninginom självkörande bilar. ar görs lokalt i varje ändFöretaget är partner med nod öppnas möjligheten amerikanska Nvidia som att bygga i princip oändligt bygger självkörningskort skalbara systemlösningar och samarbetar med för övervakning och styrsvenska självkörningsboning av maskinparker eller Jan Nilsson laget Zenuity. fordonsflottor. – Den här typen av funktionalitet blir nödvändig när det gäller online-underhåll av autonoma P R E V E N T I V T U N D E R H Å L L är bara fordon där en operatör inte finns en av många tillämpningar. tillgänglig, berättar ordförande Före­taget har byggt system för Jan Nilsson. energi­optimering, pay-per-use Företaget bygger på forskning och utveckling av medicintekledd av Uppsalaprofessorn Tore nik. På olika sätt dras nytta av Risch, numera emeritus. Det är möjligheten att i realtid anaförsta gången han knoppar av ett lysera strömmar av data från företag. Desto mer entreprenörs­ maskinerna. erfarenhet finns hos partnern Jan Ett av de första projekten, Nilsson som under de senaste där SA också lade grunden 25 åren varit med och grundat för en del av sin teknik, var att företag som Framfab, Bredbandsdetektera slirning i kopplingen bolaget och HBO Nordic. hos en hjullastare från Volvo.

HISTORIK

20 års forskning ligger i programpaketet Stream Analyze programvara är en komplex produkt med alla komponenter som krävs från att utveckla till att driva och underhålla systemet från moln och fält. Mycket är integrering med standardteknik. Kärnan är de komponenter som kör databasen, administrerar beräkningarna och hanterar djupa neuronnät. Koden kan distribueras på olika sätt. Flest möjligheter finns när den laddas direkt i ändnoden i styrkor­ tet. Den läser en ström lokala data och kör analysalgoritmer på plats i realtid, snarare än att tanka upp data till molnet. Koden kan få snurra på samtliga fordon i en flotta eller maskiner i en fabrik. En distribuerad lokal lösning av det slaget ger högre kapacitet och kortare fördröjningar. Även cyber­ säkerhet blir ett mindre problem. Framför allt blir systemet skalbart. När systemet byggs ut med en nod, tar den hand om sina egna beräkningar. – Det finns generella system för



händelsehantering på kantenhe­ ter, men dessa har mycket högre systemkrav och mer begränsad funktionalitet, säger Jan Nilsson. – Vi känner inte till något som är lika generellt och kraftfullt. Konven­ tionella system för händelsehante­ ring arbetar på en betydligt lägre nivå med begränsad funktionalitet. Jan Nilsson hävdar att SA:s system är enkelt både för utvecklare och användare. – Vi är inte medvetna om något lika generellt och kraftfullt system, som gör det möjligt för analytiker som inte är programmeringsspecia­ lister att interaktivt utveckla, ändra och driftsätta avancerade analys­ modeller direkt på kantenheter. Även utvecklingen av systemet kan ske med koden på plats i de skarpa produkterna. Det normala tillvägagångssättet är annars att ge­ nerera en volym testdata och ladda upp data till en arbetsstation för att utveckla modeller. Därefter laddas modellen i det skarpa systemet och så görs ett nytt varv av test, utvärde­ ring och utveckling.

SA låter dig istället arbeta iterativt med att förfina en modell samtidigt som den snurrar skarpt i systemet. Det som analyseras är typiskt en sekvens av de senaste sensoravläs­ ningarna. Ofta räcker det att titta på statistiska egenskaper i datasekven­ sen – som medelvärden och varians. Eller så kan sekvensen bli indata till ett neuronnät som använder sin svarta magi för att tolka vad som pågår. Neuronnäten kan vara tränade på ett datacenter. Men de kan därefter tränas vidare på plats efter sjösätt­ ning. – På så sätt kan man köra syste­ met i bakgrunden under lång tid för att kontinuerligt lära av ström­ mande sensordata när enheten inte är upptagen av annat. Maskininlärning och deep lear­ ning är inte lika dominerande inom prediktivt underhåll som inom andra fält. Det finns enligt Jan Nils­ son ofta en bra förståelse av fysiska egenskaper hos utrustningen och enklare matematiskt-statistiska modeller kan fungera bra. Maskininlärning har en utveck­

lingströskel i att den i regel kräver massor av uppmärkta data innan träningen och utvecklingen kan gå vidare. Om du föredrar ytterligare någon annan analysmodell för dataström­ men går det också bra. Det finns fler i SA:s programpaket och gräns­ snittet är öppet så att du även kan plugga in kod du själv utvecklat. Analysalgoritmer ska kunna ut­ vecklas av analytiker, ingenjörer och dataanalytiker utan djup program­ meringskunskap. – Vårt mål är att kunden ska bli helt självständig. Vi hjälper kunden att komma igång med systemet. Kunden kan sedan utveckla model­ ler på egen hand. Samtidigt kan SA fungera som resurs ända fram till dess att pro­ dukten sjösatts. Och även senare, när sjösatta system fortsätter att fintrimmas. – Ibland behöver kunden även hjälp med att anpassa sin befintliga affär för analys på deras kantenhe­ ter, vilket också är något vi hjälper till med.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20


Tore Risch är professor i databaser. Vart han än vänder sig i världen ser han databassystem. Sensordata som strömmar ur en maskin i realtid ser han som en sorts evigt växande databas av avläsningar, och analysen som görs är slagningar i de senaste raderna i den databasen. Med åren har hans forskar­ grupp arbetat upp en stor effektivitet i sina implementationer av sådana databassystem, som närmare bestämt kallas DSMS:er, data stream management systems.

Idén till företaget föddes när Jan Nilsson och en annan av grundarna, Erik Zeitler, doktorand vid Tores institution, råkade hamna i samspråk med Tore Risch. – Vi kom ganska snabbt in på vilka tekniska och affärsmässiga möjligheter som dataströms­ analys i realtid öppnar upp. Samtidigt konstaterade de att området i sig stod inför en disruption. – Kraftiga förskjutningar i exi­ sterande värdekedjor kommer att äga rum.

Så de grundade Stream Analyze för att utveckla ett kommersiellt system för interaktiv realtidsanalys i ändnoder. Det skedde år 2015. Det finns fortfarande en fri forskningsversion av plattformen. På webbplatsen finns länkar till forskningsartiklar som beskriver de viktigaste genombrotten bakom tekniken. Det handlar bland annat om distri­ buerade beräkningar, RAMdatabaser och indexering. För närvarande är nio personer verksamma inom bolaget.

Nya anställda håller på att handplockas. – Vi räknar med att öka personalstyrkan rejält under det kommande året, berättar Jan Nilsson. Finansiering kommer hittills helt från grundarna själva, men externt kapital ska enligt planerna tas in under detta år. Företaget samarbetar med ett antal större nordiska industriföretag. Ett av dem som SA får berätta om är HMS Industrial Networks som enligt Jan Nilsson ska göra SA:s system till en central del av sitt ekosystem. Tillämpningen är kontinuerlig utveckling, test och driftsättning av modeller för att effektivisera maskiner och fabriker. Systemet kommer att användas av såväl HMS som av dess kunder och partners. Tekniskt går utvecklingen vidare med att minska fotavtrycket ytterligare, för att trimma prestandan ännu mer, för att anpassa plattformen för fler til�lämpningar och för att förenkla utvecklingen ytterligare. JAN TÅNGRING jan@etn.se

Tillfälliga EMC-problem?

Hyr vår EMC-scanner och hitta störningskällan.

See it before you

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20

it!

q +46 280 41122

9

info@detectus.com www.detectus.com

Moravägen 1 782 31 Malung




TEMA: KOMMUNIKATION

Felrättning i hög takt på bråkdel av energin Många som arbetar med fiberoptisk ­kommunikation oroas av trenden mot allt mer energislukande ­elektronik som krävs för att skapa framtidens allt högre datahastigheter. Inom ett stort tvärvetenskapligt projekt på Chalmers har Per Larsson-Edefors forskarteam konstruerat, tillverkat och testat felrättande asicar. Resultatet är överraskande positivt – den första kretsen har skruvat ner energiförbrukningen till en ­tiondel mot vad som tidigare publicerats. En andra väntas förbruka ännu mindre energi per bit.

M

ängden data som skickas över fiberoptiska länkar ökar i ett rasande tempo. Framtida system kommer att behöva utnyttja bandbredden ännu mer. Då behövs komplex signalbehandling och avancerad elektronik för att driva datatrafiken. – Många oroas över att den digitala delen, signalbehandling och felrättning, i kommande system ska kosta för mycket rent energimässigt, säger Per Larsson-Edefors, professor vid institutionen för data- och informationsteknik på Chalmers. Inom projektet Energieffektiv optisk fiberkommunikation har hans forskargrupp tittat på asickonstruktion både för felrättning

och signalbehandling. Resultaten visar att det är svårt att dra ner energiförbrukningen hos signalbehandlingen eftersom DSP-funktioner switchar konstant och filtrerar samt formar data i varje cykel. Inom felrättning har teamet däremot nått långt över förväntan. – Vi har kunnat visa att det går att bygga felrättande asicar som drar en tiondel av vad man tidigare trott och vad vi sett publicerat. – I vissa delar har vi nog dragit ner energiförbrukningen ännu mer än så och framförallt har vi byggt system som går fortare än någon annan har visat tidigare, över 1Tbit/s i simulering. En viktig detalj är att skilja på

effekt- och energiförligen har något gått snett brukning. Effekt är hur i klockningen. många watt en kompoChipet som hittills nent drar. Effekten ökar i mäts upp är tillverkat i 28 takt med att kapaciteten nm och körs i 400 MHz. ökar och är en praktisk Det som snurrar i labbet parameter som anger hur är tillverkat i 22 nm. Per Larsson-Edefors du ska strömförsörja. – Det är det första akaEnergiförbrukningen kan demiska digitala chipet i Sverige istället användas för att jämföra som är tillverkat i 22 nm, konstaolika konstruktionsalternativ. Då terar Per Larsson-Edefors stolt. tittar du på energin som behövs Den första asicen är en så per bit som du transporterar. kallad mjuk avkodare. Den är – Det är lite nytt för denna komplex, men väldigt effektiv. tillämpning. Området har varit Det är denna typ av felrättare drivet av industrin och många som branschen traditionellt är vana att tala om just effekt, använder. men energi per bit gör att vi kan –En mjuk avkodare är bra på att jämföra olika typer av kompogöra omvandlingen från många nenter i ett system. Det kan vara fel till få fel. Den kan korrigera att jämföra AD-omvandling med indata där var 100:e till 1000:e en rent digital lösning eller anadatasymbol är felaktig till utdata logt med digitalt, förklarar Per som i stort sett är fritt från fel. Larsson-Edefors, och adderar: Den senare varianten är lite – Samtidigt vill vi också mer åt det hårda hållet. Det gör kunna relatera vårt system till en den lite sämre på felrättning, datatakt. Då är det behändigt att men i regel mer effektiv när det använda energi per bit. gäller energi per bit. De olika egenskaperna förklaras av att en mjuk avkodare T R E F E L R ÄT TA N D E A S I C A R har teabehöver arbeta längre än en hård met realiserat i kisel. Det första för att utvinna information. Den chipet är publicerat, ett körs just mjuka använder felsannoliknu i labbet och ett fungerar inte hetsnivåer i data och behöver helt enligt specifikationen – tro-

FAKTA

Strävar efter effektivare kommunikation För fem år sedan drog ett stort forskningsprojekt igång på ­Chalmers. Målet har varit att hitta de största energitjuvarna i fiber­ optiska system samt att utveckla system och komponenter som förbrukar endast en tiondel av energin av dagens system. Nu lider det femåriga ­projektet mot sitt slut och inom vissa områden har det visat på verkligt imponerande resultat. De asicar

med felrättande system som utvecklats av en forskargrupp ledd av professor Per Larsson-Edefors lyfts speciellt fram i detta samman­ hang. En lärdom är att genom smart konstruktion går det att göra felrättning mycket energieffekti­ vare än man tidigare trott. Knut och Alice Wallenbergs stiftelse har finansierat projektet med nära 34 miljoner kronor.  AW En mätuppställning som testar ett av chipen i det beskrivna projektet.



ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20


TEMA: KOMMUNIKATION exempelvis en mer avancerad AD-omvandlare. Den måste fundera på vilka sannolikheter det finns att det är en etta eller nolla i kanalen, medan en hård bestämmer sig för att det antingen är ett eller noll. Mjuka avkodare används i regel på långa dyra fibrer med stor effektbudget, där kan man offra energi och effekt. De hårda är mer anpassade till snålare system. Felrättaren som jobbar i Chalmerslabbet just nu är en utvidgning på detta koncept. Den har en hård kärna med mjukt gränssnitt. – Ännu har vi inte sammanställt data som vi samlat in, men antagligen kommer det senaste chipet att ha ännu lägre energi per bit än vårt första. Att forskarna valt att realisera felrättande kretsar i kisel, och inte DSP-kretsar, har sin logiska förklaring. – Orsaken är att de fysiska kretsarna som vi har byggt i detta projekt är väldigt enkla att testa i den meningen att vi kan bygga testlogik direkt på chipet.

– Vi behöver egentligen bara starta chipet och styra det med en klocka och några enkla kontrollsignaler. Hela testförfarandet blir mycket enklare än om vi skulle behöva mata in och ut data med en testutrustning. Det är väldigt bandbreddsbegränsande och gör av med många ben och chip-paddar. F Ö R AT T S K A PA kanaldata som har fel med en viss sannolikhet har forskarna byggt en syntetisk testrigg. Det är inte trivialt, men går att göra. Bruset i en fiber är normalfördelat, så det är lätt att beskriva rent matematiskt. – Det gör att vi kan rigga en testutrustning på chipet som emulerar en kanal med detta brus. Sen gör vi några smarta tricks så att vi kan variera signalbrus-förhållandet. Ovanpå detta för vi in lite fel då och då. Vi kör i realtid så vi kan mäta energi, effekt och annat. Vid test av DSP:er går det inte att använda samma tillvägagångssätt eftersom DSP:er arbetar på vågformer. Det är svårt att

skapa realistiska vågformer, och ännu mycket svårare att skapa meningsfulla vågformer syntetiskt. När forskarna konstruerar DSP:er använder de sig istället av simulerade modeller. – En annan anledning att vi tittar på felrättning är att det är så extremt beräkningskrävande. För att skaffa statistik behöver man köra väldigt länge. Framåt ser Per Larsson-Edefors det som en pedagogisk utmaning att få andra forskare att lämna det han kallar bekvämlighetszon av Matlab-användande. – Ett problem är att nästan alla som idag jobbar med felrättning och DSP är algoritm- och Matlab-experter. Väldigt få forskare och utvecklare klarar att samtidigt jobba med kretsimplementation, men man måste faktiskt titta på praktiska system för att kunna beskriva effekt- och energikonsekvenser. H A N M E N A R AT T problemet ligger i att algoritmer som skapas i Matlab inte har en stark koppling till elektroniken. Istället kan

utvecklare, på gott och ont, utnyttja alla de frihetsgrader som Matlab-miljön ger. Det finns helt enkelt begränsat med hårdvarutänk bakom algoritmbyggandet. – När Matlab ursprungligen lanserades kunde forskare och utvecklare hårdvara ganska bra men i takt med utvecklingen har man förlorat förståelse för hårdvaran bakom. Vårt projekt har visat att det finns stor potential att bygga smarta algoritmer som är bra för hårdvaran. Inom projektets ramar har tre traditionellt åtskilda forskningsfält på Chalmers samarbetat: optisk hårdvara, elektronisk hårdvara och informationsteknik. – Vi har inspirerat varandra och upptäckt både möjligheter och begränsningar. Bland annat att man kan ta sig ut ur Matlabs miljö, som är väldigt förenklande, till en hårdvarumiljö där man faktiskt kan analysera och mäta effekt och energi och se konsekvenser av designbeslut tagna på systemnivå. ANNA WENNBERG anna@etn.se

Från Idé till Produkt Elektronikdesign, EMC test, Produktion Utveckling Hårdvara Mjukvara

Produktion

SMD Hålmontering Slutmontering

EMC

Ackrediterat lab Filter design Filterproduktion

Test

Klimat Mekanisk

KEMET Electronics AB • Thörnblads väg 6 • 386 90 Färjestaden • Telefon 0485-563900 • www.kemet.com/Dectron

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20




TEMA: KOMMUNIKATION

EX

M E D E N F R E K V E N S på 13,56 MHz aktiverades taggarna på tio centimeters avstånd från lä­ saren. I många tillämpningar placeras tag­ gen på läsarens yta innan transaktionen star­ tar. Jämfört med protokoll som Bluetooth är datatakten relativt låg, den startar på unge­ fär 100 kbit/s och går upp till lite mer än 400

Gränssnitt till NXP:s NFC-familj Mifare.



IKEL

U

ppkopplade sensornoder (IoT) gör världen allt mer intelligent. Många av dem skickar kontinuerligt upp data till servrar i molnet vilket ger oss en realtidsbild av miljön de övervakar. Men det finns också användarfall där en kontinuerlig uppkoppling är opraktisk eller onödig. I många situationer begränsar kostnaden eller den fysiska storleken möjligheten att strömförsörja systemet med batterier eller energiskördning. Ett exempel som redan idag är i massproduktion är rfid-taggar för att identifiera produkter i leverantörskedjan. Många av de taggar som används i dag är passiva. De innehåller en antenn, en rf-del, en kraftomvandlare och minne, men ingen intern kraftkälla. Det elektromagnetiska fäl­ tet från rfid-läsaren överför den energi som taggen behöver för att kunna skicka tillbaka sitt meddelande. Den första generationen av rfid-taggar hade ett relativt enkelt protokoll som pas­ sade för att läsa av ett antal siffror som iden­ tifierade produkten. Införandet av närfältskommunikation (NFC) har kraftigt utökat möjligheterna med rfid-taggar. Sony och Philips startade arbetet med att ta fram ett protokoll år 2002 vilket re­ sulterade i en ISO- och IEC-standard året där­ på, 2003. Strax efteråt bildade företagen NFC Forum tillsammans med Nokia för att mark­ nadsföra tjänster baserade på standarden.

R TA T

NFC öppnar för nya IoT-tillämpningar

PE R

Av Ross Murgatroyd, Farnell Ross Murgatroyd började på Farnell år 2007 som teknikskribent med har därefter arbetat med ”Product Management” och ”Portfolio Management”. Idag är han ansvarig för att utveckla och implementera en global strategi för inbyggnadsprodukter. Det handlar i första hand om att välja partners och produkter.

Av liknande skäl har NFC blivit huvudva­ let för kommunala transporter där de ger användarna en enkel metod att betala sin biljett.

Blockdiagram för NTAG Smartsensor.

kbit/s. En viktig skillnad mellan NFC och äld­ re rfid-protokoll är stödet för dubbelriktad kommunikation som dessutom är krypterad. Att hämta data från en enhet som lyssnar kan göras genom att den mottagna signalen moduleras och skickas tillbaka. Om man vill ha dubbelriktad kommunikation behövs en kraftkälla i taggen medan ren läsning inte behöver det. Att genomföra betalningar är en av de ­första tillämpningarna för NFC och drar nytta av möjligheten till kryptering. Genom att nudda läsaren med en NFCutrustad enhet slår man två flugor i en smäll. Den ena är att det skapa en säker trådlös koppling utan att man behöver sätta in ­kortet i läsaren och trycka pin-koden. Den andra är att handlingen där man be­ rör betalapparaten med ett kort eller mobil­ telefonen, varefter den bekräftar transaktio­ nen med en ljudsignal, förmedlar ett intryck till användaren att hen är ansvarig för trans­ aktionen.

I P E R S O N L I G A H Ä L S O A P P L I K AT I O N E R , som ofta behöver krypterad kommunikation, ger beröringen användaren en känsla av att ha kontrollen över när data skickas eller häm­ tas plus möjligheten att använda batterilösa sensorer. En färsk tillämpning som visar på möjlig­ heterna är en UV-sensor. Kosmetikföretaget L’Oreal upptäckte efter en konsumentunder­ sökning att en elastisk hudsensor som det lanserade 2016 – My UV Patch – hade hjälpt användarna att minska sin exponering för skadligt UV-ljus från solen. På CES-mässan 2018 följde L’Oreal upp My UV Patch med en enhet som ska fungera un­ der längre tid för att mäta exponeringen för UV-ljus. UV Sens blev den första sensorn som kunde mäta UV-ljus upp till tre månader utan att ha något batteri. Den är mindre än 2 mm tjock och under en centimeter i diameter. Sensorn kan enkelt bäras upp till två veckor på en tumnagel där den fästs med lim. Den batterilösa sensorn nyttjar energin från smartmobilens NFC-funktion för att lad­ da över data till en app där användaren kan se sin exponering över längre tid. Designen garanterar att data förblir personliga och att överföringen styrs av användaren. Den bat­ terilösa designen gör att sensorn är liten och inte stör användaren. D E T F I N N S A N D R A T I L L Ä M P N I N G A R för sen­ sorer och NFC i hälsovården. NXP har ut­ vecklat kretsen NHS3152 för att övervaka att patienten tar sina mediciner enligt ordi­ nationen. Kretsen kopplas till ett nät av resis­ tiva ledare och kommunicerar med omvärl­ den via NFC. Ledarna placeras under folien i medicinförpackningen. När en tablett trycks ut detekterar kretsen en förändring i resisti­ vitet och kan dessutom logga tidpunkten. Konstruktionen gör det möjligt att använ­ da ett mycket litet batteri och förpackningen

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20


TEMA: KOMMUNIKATION överför bara informationen när den skannas med en godkänd läsare. I leverantörs- och distributionskedjor gör kombinationen av tagg och sensor det enk­ lare att implementera IoT-lösningar i miljöer där konventionella sensornoder skulle vara opraktiska och dyra. I livsmedelstransporter är ett viktigt krav att temperaturen och an­ dra miljöfaktorer kan övervakas. Insidan av en lastbil kan utrustas med sensornoder som övervakar de generella nivåerna men det säger inte nödvändigtvis något om vad ett visst kolli utsatts för och om det går att sälja eller äta när det kommer fram. ÄV E N O M D E T Ä R M Ö J L I G T att ha en sensor­ modul med kontinuerlig kontakt med moln­ servrar via en gateway monterad i lastbilen kräver det att hela flottan utrustas på samma sätt. Men det som är viktigt är att kunna läsa ut miljödata när transporten kommit fram vare sig det är till en distributionscentral eller slutkunden. Detta kan göras med en speciell läsare. Livsmedelstransporter och liknande til�­ lämpningar passar särskilt bra för taggar med NFC. Sensorerna loggar data med be­ stämda tidsintervall eller när ett gränsvärde passerats. Data för en resa laddas ut när lasten passerar en portal med rf-läsare eller med en handhållen läsare.

NHS3152 använder resistiv avkänning för att göra medicinförpackningar intelligenta.

Miljösensorerna kan placeras ut på lag­ ret eller i fabriken. Även om det kan tyckas fördelaktigare om sensorerna använder en kontinuerlig uppkoppling via Bluetooth el­ ler Zigbee kan det vara opraktiskt på grund av störningar från annan utrustning eller be­ gränsningar i tillgången till strömmatning på dessa ställen. O M VA R O R N A E L L E R lagerutrymmena kräver att en människa gör en inspektion utgör NFC en bättre lösning.

En krets som NXP:s NGS3100 fungerar i både fasta och mobila tillämpningar. Den är optimerad för temperaturövervakning och loggning plus att den har ett NFC-gränssnitt. Det finns en intern temperatursensor och möjlighet att ansluta ett batteri om så öns­ kas. Det är tack vara kretsar som denna som NFC kan fylla de hål inom IoT där ständig uppkoppling är opraktisk eller inte önskvärd plus att det ger möjlighet till sensortillämp­ ningar som inte har plats för ett batteri.  n

Your Professional Partner

for individual solutions in the Nordic countries.

▪ ▪ ▪ ▪ ▪

Detectors

Emitters

Avalanche Photodiodes IR Detectors

Pulsed Laser Diodes Laser Modules UV LEDs cw Laser Diodes

lasercomponents.se

▪ ▪ ▪ ▪

Photodiodes IR Components Photon Counters Lasers Measurement Devices Fiber Optics Optics Motion Control Accessories

2017_LC-Nordic_AZ_Elektroniktidningen_Issue01_182x130.indd 1

Issue 1, publication date 2017-01-30, material dead line 2017-01-09, topic Opto & LEDs ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20

lasercomponents.se 19.12.2016 08:49:26




TEMA: KOMMUNIKATION

PE R

R TA T

EX

Lager, industri och logistik är tre områden som kan effektiviseras med hjälp av lokalisering via Bluetooth.

Bluetooth visar vägen

IKEL

S

pecifikationen för Bluetooth 5.1 innehåller funktioner för att bestäm­ ma riktning vilket gör det enklare att positionera föremål med centimeter­ noggrannhet. Bluetooth kommer därför att vara ett intressant alternativ för industriella tillämpningar. Med Bluetooth Low Energy 5.1, den se­ naste generationen av Bluetoothstandar­ den, har intresseorganisationen bakom Bluetooth (Bluetooth SIG) banat väg för ännu mer exakt lokalisering. Analysföretaget ABI Research uppskattar att det kommer att säljas så många som 431 miljoner Bluetooth­ produkter år 2023 som stödjer positionering [Bluetooth Market Update 2019]. Förutom avståndsbestämning via signal­ styrkan, RSSI, erbjuder specifikationen också riktningsbestämning som kan avgöra vilken vinkel signalen kommer ifrån. Tillsammans ger det möjlighet att positionera ett objekt med några centimeters noggrannhet vilket öppnar en rad möjligheter både i konsu­ mentsegmentet och för industriella tillämp­ ningar. BLU ETOOT H BASE R AD E positioneringstjänster kan baseras på närhet (korta avstånd) eller positionering med avstånd och vinkel. Den förstnämnda används exempelvis på muse­ er för att leverera information om ett föremål

Bluetoothbaserade spårningstjänster.



Av Felix Graf, Rutronik Felix Graf är ”Product Sales Manager Wireless” på Rutronik

med ansvar för olika kommunikationsstandarder över både kortare och längre avstånd. Hans primära fokus är dock på Bluetooth Low Energy och andra effektsnåla standarder.

men kan också användas för att hålla reda på nyckelknippan. En blåtandsfyr (beacon) placeras vid det aktuella objektet eller fästs i nyckelringen. Telefonenen skickar sedan ett meddelande när den ”hittar” fyren. Den andra typen av positioneringssystem bestämmer positionen inom ett väldefinie­ rat område, som ett lager, ett museum eller en flygplats. Den vanligaste tillämpningen är realtidsspårning (RTLS) och inomhuspositio­ nering (IPS). Med realtidsspårning kan flera personer eller objekt utrustas med taggar och därmed spåras inom ett givet område. Tekniken pas­ sar för tillämpningar där man vill hålla reda på personer, material eller maskiner i en lokal. System för inomhuspositionering är jäm­ förbara med GPS men fungerar i avskär­ made utrymmen. Permanent installerade blåtandsfyrar skickar ut meddelanden med jämna tidsintervall som kan tas emot av mo­ biler som sedan räknar ut sin position med

hjälp av avståndet till dessa. Besökarna i en shoppinggalleria eller på en flygplats kan an­ vända tekniken för att lättare ta sig dit de vill komma. Tidigare baserades alla Bluetoothbase­ rade lokaliseringssystem på signalstyrkan (RSSI). Genom att utgå från en referensnivå och sedan mäta signalstyrkan går att räkna ut avståndet på några meter när (mellan 1 och 10 meter). Att kunna bestämma riktningen är en ny funktion i Bluetooth 5.1 som även äldre tjänster baserade på enbart avstånd kan dra nytta av i och med att det underlättar lokali­ sering av ett objekt. För att kunna avgöra vilken riktning en signal kommer ifrån måste antingen motta­ garen (AoA, angle of arrival) eller sändaren (AoD, angle of departure) ha ett antal anten­ ner (en matris). I bägge fallen är det motta­ garen som avgör vilken riktning signalen kommer ifrån. Dock är algoritmerna som används för att avgöra riktningen inte en del av specifika­ tionen för Bluetooth 5.1. Rent praktiskt an­ vänder man triangulering för antingen AoA eller AoD i kombination med avståndsbe­ stämning baserad på mottagen signalstyrka, RSSI. Det går att bestämma positionen med några centimeters noggrannhet. I EN AOA-BASER AD TILLÄMPNING är sändaren en blåtandsfyr med en enda antenn, exem­ pelvis en mobil eller enkel tag. Ett antal per­

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20


TEMA: KOMMUNIKATION FAKTA Nordic Semiconductor är en av de första tillverkare som utvecklat en systemkrets med stöd för den nya Bluetooth Core Specification 5.1. Kretsen nRF52833 klarar inte bara “Blue­ tooth Direction Finding” och “Bluetooth Long Range” utan också Bluetooth mesh, 802.15.4, Thread och Zigbee liksom proprietära protokoll för 2,4 GHz-bandet. Det öppnar för applikationer som kan mäta avstånd på några centimeter när, liksom vinkel. Systemkretsen baseras på en Arm Cortex M4F-processor som klockas i 64 MHz. Den har 512 kByte flash och 128 kByte RAM. Vidare finns USB-port på 12 Mbit/s och SPI på 32 MHz. Uteffekten är +8 dBm. De analoga och digitala gränssnitten inkluderar NFC-A, ADC, UART/SPI/TWI, PWM, I2S och PDM. Matningsspänningen kan vara från 1,7 V till 5,5 V och det specificerade tem­ peraturområdet är –40 °C till 105 °C.

Matrisen av antenner är i mottagaren.

Matrisen av antenner är i sändaren.

för industrin manent installerade mottagare som alla är utrustade med flera antenner vardera (an­ tennmatris) kan avgöra vilken riktning signa­ len kommer ifrån. AoA-tillämpningar passar särskilt bra för att spåra objekt i automatise­ rad produktion eller i ett lager. Noggrannhe­ ten blir också bättre om man använder blå­ tandsfyrar i exempelvis ett museum. I en AoD-tillämpning skickas signalen sek­ ventiellt till de olika antennerna i blåtands­ fyren. I detta fall kommer den framtida mo­ bilen att ta emot de sekventiella signalerna med sin antenn. Om blåtandsfyrens position är känd kan mottagaren bestämma sin po­ sition relativt den. Funktionen gör att AoDbaserade tillämpningar passar särskilt bra för inomhuspositionering som flygplatser. I motsats till dagens lösningar får användaren

inte bara positionen utan också riktningen till destinationen. Oberoende av vilken metod som används är en av de viktigaste faktorerna för att rikt­ ningsbestämningen ska bli bra antalet an­ tenner och hur de placeras. Om man bara sätter dem i en rad får man en endimensio­ nell vinkel. Använder man mer avancerade mönster går det att bestämma vinkel i både horisontell och vertikal led. B LU E TO OT H S I G har dock inte tagit fram någ­ ra rekommendationer för utformningen av antennmatrisen även om det troligen kom­ mer att ändras när det finns fler profiler som inkluderar tjänster för spårning av position. Med den senaste versionen av Bluetooth, 5.1, och dess möjlighet till lokalisering, har

Bluetooth SIG öppnat för spårning med hög noggrannhet vilket möjliggör en rad nya tjänster. Dock finns det ett antal saker man måste ta hänsyn till inklusive reflektioner av signalen och flervägsutbredning. En ideal konstellation består av ett tillräckligt stort an­ tal permanent installerade blåtandsfyrar som har fri sikt till taggen oberoende av var den befinner sig. Man måste också ta hänsyn till polarisationen när man använder mobiltele­ foner eftersom riktningen på polarisationen är omöjlig att styra. Det begränsade utrym­ met i mobiltelefonen medför att det bara kommer att finns en antenn. Det gäller även de kommande åren. Därför kommer mobi­ lerna bara att vara användbara som sändare i AoA-baserade tillämpningar eller som mot­ tagare i AoD-baserade tillämpningar.  n

Även konsumenter kan dra nytta av lokaliseringstjänster baserade på Bluetooth.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20




PE R

R TA T

EX

TEMA: KOMMUNIKATION

Säker kommunikation

IKEL

RS-232, RS-422 och RS-485 ger industrin robust och seriell kommunikation.

Av Rich Miron, Digi-Key Rich Miron är applikationsingenjör hos Digi-Key och arbetar sedan

2007 framförallt med att skriva och redigera artiklar, blogginlägg och kurser för webbstudier. Innan han började på Digi-Key arbetade han med att testa och kvalificera instrumentering och styrsystem till atomdrivna ubåtar. – som kallades dataterminalutrustning – till ett modem, som kallades datakommunika­ tionsutrustning.

(BILDKÄLLA: TEXAS INSTRUMENTS)

D

atainsamling och styrning i in­ dustriella miljöer innebär många utmaningar för en kommunika­ tionsbuss. Till exempel är kabel­ dragningar upp till flera hundra meter vanli­ ga samtidigt som industrimiljön i sig innebär tuffa driftförhållanden. Industriell utrustning utsätts för ett stora temperaturskillnader och kraftigt brus i både kraftmatnings- och data­ ledningarna liksom felhändelser som elek­ tromagnetiska störningar (EMI), elektrosta­ tiska urladdningar (ESD) och kortslutningar. Lösningen på problemen är att använ­ da ett robust seriegränssnitt baserat på en UART, universell asynkron mottagare/ sändare, av vissa leverantörer även kallat asynkront kommunikationselement (ACE). UART:ar finns som fristående enheter, som Texas Instruments TL16C752D, eller i en styr­ krets som Microchips PIC16F688T-I/SL. Med lämpliga drivsteg kan en UART klara långa sträckor. Från 15 meter för seriella da­ tabussen RS-232 till 1 000 m för RS-485- el­ ler RS-422. Alla dessa tre protokoll gör det möjligt att kommunicera över långa avstånd med maskiner och styrsystem i fabriksauto­ mationstillämpningar och är utformade för att minimera effekterna av EMI och ESD i de mest krävande tillämpningar.

E I A / T I A - 2 3 2 - F D E F I N I E R A R en fysisk stan­ dard, inklusive signalnivåer och timing, reg­ lersignaler, anslutningsdon och anslutnings­ kablar. Det definierar inte teckenkodning, ramar och andra aspekter av protokollnivån. En typisk asynkron seriebuss inkluderar en UART eller ACE, drivsteg, anslutningsdon och kablar. UART/ACE omvandlar datorns interna parallellbuss till en seriell dataström. Det till­ handahåller även ingående och utgående minnesbuffring via ett FIFO, en gränssnitts­ klocka (normalt kallad baudhastighetsgene­ rator) samt timing- och handskakningssig­ naler. Den analoga ingången och utgången kan buffras med ett drivsteg. Utsignalen från DTE kallas sändarsignalen (TX), medan insig­ nalen kallas mottagen signal (RX). Kabeln får ha en maximal längd på 15 m. Längden på kabeln avgör den maximala datahastighet som kan användas tillförlitligt. RS-232 förbinder två enheter med full du­ plex vilket innebär att varje nod kan sända och ta emot samtidigt. Datapaketet består av en startbit plus allt från 5 till 8 databitar, 1/1,5/2 stoppbitar och en paritetsbit. Det behövs minst tre kablar för RS-232: en för sändning, en för mottagning samt signal­ jord. Jord är returen för bägge signalledarna.

Ett grundläggande RS-232-system ­inkluderar dataterminalutrustning (DTE) som en dator och datakommunikationsutrustning (DCE) som ett modem. En UART/ACE sammankopplar det parallella bakplanet med serie-RS-232-gränssnittet.

RS-232 kallas även EIA/TIA-232-F, som är en standard från Electronic Industries Asso­ ciation/Telecommunications Industries As­ sociation. Bokstaven F indikerar den senaste revisionen. Standarden är identisk med IYU:s, International Telecommunications Union, standarder V.24 och V.28. Gränssnittet var den ursprungliga seriebussen på person­ datorer. Det användes för att ansluta datorn

Signalnamn

Snabbfunktion Funktion

Dataterminal redo

DTR

Slås på av DTE när det är klart att sända data. Den här ledningen måste vara på innan DCE kan slå på DSR.

Datauppsättning redo

DSR

Slås på av DCE för att indikera att DCE är online.

Bärvågsdetektering

DCD

Slås på av DCE när den tar emot en bärvåg från en fjärr-DCE.

Ringindikator

RI

Slås på av DCE när en fjärrtelefonlinje ringer

Begäran om att skicka

RTS

Slås på av DTE när det är klart att skicka data.

Klart att skicka

CTS

Slås på av DCE som reaktion på ett mottaget RTS-kommando. Fortsätter vara på tills RTS stängs av och den sista databiten har tagits emot.

Mottagningsdatalinje

RX

Ta emot data.

Sändningsdatalinje

TX

Sända data. (TABELLKÄLLA: DIGI-KEY)

(BILDKÄLLA: DIGI-KEY)

Tabell 1. RS-232 kontroll- och handskakningssignaler. 

Ett datapaket i RS-232 består av en startbit, 5 till 8 databitar (8 visas), en paritetsbit (tillval) samt 1, 1,5 eller 2 stoppbitar.



M Å N G A AV E G E N S K A P E R N A för RS-232 är kopplade till dess ursprungstillämpning inom telekommunikation. Det använder negativ logik med hög status, vilket kallas ”space” och en låg status som kallas ”mark”. Neutral- eller viloläge är hög så att sam­ mankopplingen kan verifieras på avstånd. På sändarsidan är statusen 0, eller space, en spänning mellan +5 och +15 volt. Den logis­ ka 1:an, eller mark, är en spänning mellan –5 och –15 volt. I mottagningsänden är en nivå från 3 till 15 volt en nolla och –3 till –15 volt motsvarar en etta. Överföringen kallas asynkron eftersom ingen klocksignal överförs. RS-232 är be­ roende av att båda sidor av bussen ställs in för en specifik klock- eller baudhastighet. Baudhastigheten är ett mått på antalet sym­

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20


TEMA: KOMMUNIKATION

över långa avstånd (BILDKÄLLA: TEXAS INSTRUMENTS)

Microchips PIC16F688T-I/SL styrkrets inkluderar ett seriegränssnitt med en förbättrad universell synkron/asynkron mottagare/sändare (EUSART).

’’

(BILDKÄLLA: MICROCHIP)

(BILDKÄLLA: TEXAS INSTRUMENTS)

Funktionsschema över Texas Instruments TL16C752D dubbel UART på 3 Mbit/s med 64-byte FIFO och ledningar.

MAX232DR som dubbel drivkrets/mottagare för att buffra en TL16C752D dubbel UART. MAX232DR kan hantera ingångsspänningarna upp till ±30 volt, medan utgångarna skyddas mot kortslutning till jord.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20

”Varje del av UART:en har sin egen programvarustyrda hastighetsgenerator för datatakten.”

3: D  ataterminalutrustningen drar DTR-­ ledningen (Data Terminal Ready) till ”1” eller ”Mark” när dataöverföringen pågår 4: I slutet av överföringen återställer data­ terminalutrustningen DTR- och RTS-­ ledningarna till ”0” eller ”Space” 5: D  atakommunikationsutrustningen åter­ ställer CTS-ledningen till ”0” eller ”Space”

R S - 2 3 2 K A N O C K S Å använda en programva­ rubaserad handskakning för att styra data­ flödet där XON (ASCII DC1, hex 11) och XOFF (ASCII DC3, hex 13) tecken, som skickas i da­ taströmmen, utför en liknande synkronise­ ring av överförda data.

Texas Instruments TL16C752D är en dub­ bel UART med 64-bytes FIFO:n för mottag­ ning- och sändning med kapacitet upp till 3 Mbit/s. Varje del av UART:en har sin egen pro­ gramvarustyrda baudhastighetsgenerator. Databussgränssnittet utför omvandlingen av parallell- till seriedata och matar båda de­ larna i den dubbla UART:en. Varje avsnitt har oberoende styrledningar. TL16C752D drivs med matningsspänningar från 1,8 till 5,5 volt i ett temperaturområde från –40 °C till 85 °C. Många styrkretsar, som Microchip PIC16F688T-I/SL, har seriella datagränssnitt för kommunikation med monitorer, externa analog-till-digitalomvandlare och digitaltill-analogomvandlare eller andra styrkret­ sar. EUSART, som ibland kallas seriekom­ munikationsgränssnitt, kan konfigureras som antingen hel duplex asynkron eller halv duplex synkron seriedatalänk. EUSART i PIC16F688T-I/SL innehåller alla skiftre­ gister, klockgeneratorer och databuffertar som krävs för att utföra en ingående eller utgående seriedataöverföring oberoende



▲ ▲

boler som överförs per sekund. För RS-232 är det ungefär klockhastigheten. Vanliga has­ tigheter är 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 19 200, 38 400, 57 600, 115 200, 230 400, 460 800 och 921 600 baud. Ju högre klockhastighet desto mer be­ gränsad kabellängd. Vid 9600 baud, till ex­ empel, kan hela den maximala kabellängden på 15 m användas. Vid högre baudhastighe­ ter minskas den maximala kabellängden. RS-232 har ett antal specificerade styr­ signaler. De rapporterar status för DTE- och DCE-enheter och implementerar en maskin­ varubaserad handskakning för att anpassa dataöverföringens hastighet. Handskakningen implementeras med en begäran att skicka (RTS) och klart att skicka (CTS) för att säkerställa att båda enheterna är klara att överföra data och att data har tagits emot av mottagningsenheten. Maskinvaru­ handskakningen implementeras med föl­ jande åtgärder: 1: Dataterminalutrustningen drar ner RTSledningen till ”1” eller ”Mark” 2: Datakommunikationsutrustningen drar CTS-ledningen till ”1” eller ”Mark”


TEMA: KOMMUNIKATION (BILDKÄLLA: TEXAS INSTRUMENTS)

nästan identiska signaler och minskar deras amplitud betydligt. Dessutom är differenti­ alkablar skärmade för att ytterligare minska upptagning av brus och störningar.

Topologier med full duplex (vänster) och halv duplex i ett RS-485-gränssnitt. Datorn eller huvudenheten markeras i rött och övriga enheter i blått. Standard

RS-232

RS-422

RS-485

Ledningskonfiguration

Enpolig

Differentiell

Differentiell

Typ av överföring

Full duplex

Full duplex

Halv duplex (2 ledare) Full duplex (4 ledare)

Använda signaler

TX, RX, RTS, CTS, DTR, DSR, DCD, jord

TXA, TXB, RXA, RXB, jord

Data A, Data B, jord

Busstopologi

Punkt-till-punkt

Punkt-till-punkt

Flerpunkt

Maximalt antal anslutna enheter

1

10 (i mottagningsläge)

32

Maximal Längd

15 meter vid 9600 bit/s

1,2 km vid 100 kbit/s

1,2 km vid 100 kbit/s

Maximal datahastighet

1 Mbit/s

10 Mbit/s

10 Mbit/s

Mottagarkänslighet

±3 volt

±200 millivolt

±200 millivolt

Tabell 2. En jämförelse av egenskaperna hos standarderna RS-232, RS-422 och RS-485. (TABELLKÄLLA: DIGI-KEY)

EX

spänningar upp till ±30 volt. Enhe­ ten inkluderar en kapacitiv spän­ ningsgenerator som använder fyra externa kondensatorer för att tillföra RS-232-spänningsnivåer från –5 till –7 volt och från +5 till +7 volt på utgångarna från en 5-voltsmat­ ning. RS-232 använder en ledare för sändningsoch mottagning. Med sådana enpoliga an­ slutningar mäts signalspänningarna från ledningarna till jord. I industrimiljön före­ kommer mycket brus som plockas upp av ledarna vilket begränsar längden på dem. Ett klassiskt sätt att ta sig förbi den här begräns­ ningen är att använda differentiella ledare. De har två ledare för varje signal, där sig­ nalen skapas som spänningsskillnaden mellan de två ledarna. Eftersom brus och överhörning är vanligt i båda signalledning­ arna subtraherar differensmätningen dessa

R TA T

IKEL

▲ ▲

ER

av vad styrkretsen gör. Den har en P mottagningsbuffert på två tecken och en sändningsbuffert på ett tecken. Det asynkrona gränssnit­ tet med full duplex är användbart för att kommunicera med extern kringutrustning som en display, som är den huvudsakliga tillämpningen för det här gränssnittet i styrkretsar.

L I N J E D R I V E N H E T E R F Ö R S TÄ R K E R använd­ ningen av UART:er genom att buffra sänd­ nings- och mottagningssignaler. De är användbara eftersom de används i hela spänningsnivåspecifikationen för RS-232. Ett exempel på en sådan enhet är Texas ­Instruments MAX232DR dubbla RS-232/TIA/ EIA-232-F-transceiver. MAX232DR linjedrivenhet/mottagare har fördelar i industritillämpningar där högre spänningar krävs. Den kan hålla ingångs­

D E T F I N N S T VÅ G E M E N S A M M A databusstan­ darder som använder differentialsignal­ ledningar: RS-422 (TIA/EIA-422) och RS-485 (TIA/EIA-485), där den senare är den industri­ seriebuss som är vanligast. Dessa standarder använder partvinnade ledningar för sänd­ ning där anslutna enheter kan vara upp till 1200 m isär. Båda standarderna har maxima­ la datahastigheter upp till 10 Mbit/s. En jäm­ förelse av alla tre seriebussar visas (tabell 2). RS-422 och RS-485 skiljer sig genom att RS-485 kan arbeta med upp till 32 sändta­ gare (fler kan läggas till med bussförlängare) medan RS-422 begränsas till endast tio mot­ tagare på bussen. RS-485 i fullt duplexläge kräver fyra ledare jämfört med två i halv du­ plex och RS-422. Differentialkablarna har två ledare för var­ je sändning- eller mottagning enligt figuren. Full duplex kräver fyra ledare medan halv du­ plex endast kräver två. På grund av den höga hastigheten hos både RS-422 och RS-485 måste ledningarna avslutas i båda ändar. Vid partvinning är anslutningsresistorerna (RT) på 120 ohm. Som man kan gissa på grund av den dubbla UART-konfigurationen hos TL16C752D-gränssnittskortet har det ett RS-485-läge. Därför använder UART:er och relaterade linjedrivenheter den dubbla kon­ figurationen. Spänningsnivåerna på sändarsidan för RS422 är ±6 volt och för RS-485 är de –7 till +12 volt. Vid mottagaren är känsligheten ±200 millivolt för båda standarderna.

Slutsatser De tre seriegränssnitten RS-232, RS-422 och RS-485 erbjuder ett antal val för robust se­ riell kommunikation på både kort och långt avstånd. UART:ar utgör grunden för alla tre standarderna och gör det enkelt att lägga till seriekommunikation till konstruktioner, sär­ skilt i utmanande industrimiljöer.  n

Bli medlem i SER nu! SER är föreningen för Sveriges Elektro-, Data- och IT-ingenjörer. Vi arrangerar studiebesök, föredrag och seminarier för våra medlemmar där du får möjlighet att höra det senaste inom olika teknikområden. Genom oss kan du utöka ditt kontaktnät och möta nya intressanta företag. I medlemskapet ingår även Elektroniktidningen samt vår egen medlemstidning Elteknik. Läs mer om oss på www.ser.se Du kan även mejla oss på ser@ser.se



ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20


TEMA: KOMMUNIKATION

MAVENIR

O-RAN och openRAN I oktober öppnade det ­amerikanska telekombolaget Mavenir ett innovations­center i Stockholm. ­Tanken är att dra nytta av det ­lokala ­ekosystemet för att ­utveckla nya produkter och hitta ­sam­arbetspartners inom framförallt industriell IoT.

Mjukvara för mobilnätet S verige är ett innovationsland med ett ekosystem av telekom­företag, industrier och inkubatorer, säger Aniruddho Basu som är ansvarig för den affärsenhet som kallas nya verksamheter. Hans kollega Mikael Rylander, med ansvar för radioprodukterna, fyller i: – Det finns mycket kompetens här, med Ericsson, Huawei och konsultbolagen, det är talangerna vi letar efter. Mavenir är nog okänt för de flesta trots att företagets mjukvaruprodukter finns hos Telenor, Telia och Tre. Det är därmed sannolikt att företaget haft ett finger med i spelet när du ringt eller nyttjat en mobiltjänst i LTE-näten. – Idag kommer 90 till 95 procent av intäkterna från operatörer. Vi vill växa inom nya segment som privata nät och and­ra vertikaler, säger Aniruddho Basu.

D E T Ä R H Ä R som det svenska kontoret ska bidra genom att utveckla nya produkter som framförallt passar för de privata mobilnät som industrin kommer att bygga för bland annat fabriker, industriområden eller hamnar. Det handlar om tre nya mjukvaruprodukter: en makroprodukt för RAN, en för så kallade Neutral Host (mobilnätet delas av flera operatörer) och en för småceller. – De kommer i två versioner, för 4G och 5G. Även den första egna hård­ varan är under utveckling. Det är radioprodukter för makronäten och för massiv mimo men arbetet görs hos partners. – Själva håller vi på att utveckla

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20

verktyg som kan göra nåen millimetervågsradio, got vettigt med all data. säger Mikael Rylander. Det öppnar möjligheter Kontoret i Stockför innovativa bolag att holm som redan har 30 slå sig in jämte de stora anställda, är tänkt som automationsföretagen. en tvilling till utvecklingsverksamheten vid huvudkontoret i Dallas. Aniruddho Basu E T T E X E M P E L skulle – De senaste åren kunna vara programvara har det skett en migraför att styra självkörande tion från Silicon Valley robotar som transportetill Texas. Det är ett rar material i fabriker, så investerings­vänligt klimat kallade AGV:er. som gjort att innovationer Ett annat och mer konpå teknikområdet växer. kret exempel är UppsalaI Stockholm finns Mikael Rylander företaget Stream Analyze partnerskap med Things som utvecklas mjukvara och Antler. Things kan ses som för analys av stora ­datamängder en inkubator med fokus på långt ute i näten. En möjlig hårdvara. Även Antler har ett tillämpning är förebyggande liknande koncept men på andra underhåll. områden. – Det går att addera den här – De har ett intressant sätt att typen av mjukvara på nätverksgöra urvalet, säger Aniruddho stacken, det har inte varit möjligt Basu. förut. Det blir lite som en appNär industrin börjar bygga store för industritillämpningar. egna nät för att automatisera PER HENRICSSON per@etn.se verksamheten behövs också FAKTA

Betjänar tre miljarder mobilabonnenter Det amerikanska telekombolaget Mavenir utvecklar mjukvarupro­ dukter till corenätet i LTE och 5G. Det handlade framförallt om med­ delande- och rösttjänster, exem­ pelvis VoLTE (röstsamtal över LTE), VoWi-Fi (röstsamtal över wifi) och RCS (ett protokoll för kommunika­ tion mellan bland annat operatö­ rer och mobiler) men också andra IP-baserade tjänster som IMS. Företaget grundades år 2004 men förvärvades 2015 av kana­ densiska Mitel för 560 miljoner dol­ lar. Det blev en kultkrock så 2017 köptes verksamheten loss och Mavenir återuppstod. Grunden är fortfarande den­ samma, mjukvarukomponenter till mobilnäten, men portföljen har blivit bredare genom förvärv och egen utveckling. Idag finns pro­ dukter för alla lager i 5G-stacken.

Allt baserat på virtualisering och generisk hårdvara, det vill säga x86-kort från exempelvis Dell, HP och Intel. Mavenir uppger sig vara störst på VoLTE med tre miljarder använ­ dare plus att över 300 miljoner abonnenter hanteras på någon av företagets virtualiserade mjuk­ varuplattformar. I dagsläget finns inga egna radioprodukter utan företaget samarbetar med andra leverantö­ rer när så behövs. Mavenir är privatägt med hu­ vudkontor i Dallas, USA. De 3 100 anställda finns utspridda runt om i världen. Ungefär hälften sysslar med utveckling i USA, Indien, Kina och Europa. 45 procent arbetar med installation, support och drift medan fem procent sköter försäljningen.

De senaste åren har det startats flera initiativ för att öppna upp gränssnitten i mobilnäten och därmed även öka innovationstakten och konkurrensen, en trend som gynnar företag som Mavenir.

De mest kända, och samtidigt förvirrande i och med att de har likartade namn, är O-RAN och openRAN. O-RAN, eller Open Radio Access Network Alliance, kan ses som ett standardiseringsorgan vars kravspecifikationer kompletterar dem som finns i 3GPP, den organisation som driver standardiseringen av mobilnäten. För att göra det än mer förvirrande är det ungefär samma företag med i bägge grupperna. – Kanske leverantörer som Huawei, Ericsson och Nokia har ett övertag i 3GPP medan det är omvänt i O-RAN, säger Mikael Rylander. I N O M R A M E N för O-RAN sker också en viss produktutveckling, som samarbetet mellan AT&T och Nokia kring ett managementsystem. Men det är mer av ett undantag än huvudanledningen till att O-RAN bildades så sent som i februari 2018 av AT&T, China Mobile, Deutsche Telekom, NTT Docomo och Orange. OpenRAN är ett så kallat ”Facebook Telecom Infraproject” för RF-gränssnittet. Exakt hur öppet det är kan diskuteras, men det är i varje fall öppnare än de gränssnitt som de stora telekomleverantörerna använder mellan radion och basbandet. OpenRAN utgår från det som kallas Split 7.2 i specifikationen för 5G vilket definierar ett antal gränssnitt mellan radio och basband. Även om det utvecklas produkter för OpenRAN är det än så länge få mobilnät som de kan användas i. Dagens mobilnät har i hög grad gränssnitt som är proprietära. – Det är ett helt ekosystem som vill konkurrera med de stora telekomleverantörerna så det växer. Det gäller både för traditionella mobilnät och för privata, säger Mikael Rylander. PH




NYA PRODUKTER

NXP släpper i.MX-krets med neuronkärna n SYSTEMKRETS NXP har för första gången stoppat in en AI-accelerator i systemkretsfamiljen i.MX. Den levererar 2,3 Tops.

På årets konsumentelektronikmässa CES presenterade NXP den första versionen av systemkretsfamiljen i.MX som inkorporerat en speciell accelerator för artificiella neuronnät. Det är en typ av kärna som hittills nästan bara stoppats in i smarttelefonprocessorer. Först ut var Apple år 2017, Huawei kom året därefter. NXP i.MX 8M Plus är en fyrkärnig Cortex A53-krets. Men det är långt ifrån den enda beräkningskärnan i denna krets. Här finns signalkärnor, cpu:er och andra arkitekturer i kärnor som accelerar audio, 2D-grafik, 3D-grafik, videokodning, videoavkodning, kamera och cybersäkerhet. Och nu alltså för första gången även kärna för maskininlärning. Den har en maximal beräknings­ kraft på 2,3 Tops (biljoner operation per sekund) och gör neuronnätsinferenser.

Några tänkbara tillämpningar är igenkänning av människor och föremål, industriellt datorseende, robotik, handgesttolkning och tolkning av naturligt språk. NXP kan dessutom tänka sig att den kan tolka en människas känslostämningar. Medicinsk bild ska också vara en möjlig tillämpning. N X P N Ä M N E R I OT som användningsområde men talar också mycket industriella tillämpningar som inspektion, mätning, objektidentifiering och prediktivt underhåll. Även ansiktsigenkänning för identifiering och gesttolkning kan användas i

industriella tillämpningar. För språktolkning ska den ha en vokabulär på drygt 40 000 engelska ord. För bildigenkänning klarar den 500 bilder per sekund i prestandamåttet Mobilenet. I.MX 8M Plus har en lång rad gränssnitt, som HDMI 2.0a, USB 3.0, Gbit Ethernet, Can FD, PCI Express generation 3, LPDDR4 x16/x32, plus seriella gränssnitt. Och så har den Cortex M7-cpu, som är tänkt att köra realtidsprocesser och -kommunikation självständigt. För det ändamålet stöder den även realtidsprotokollet TSN. Cortex-A53-fyrkärnan kan

klockas till 2 GHz och CortexM7:an till 800 MHz. Audiokärnan är licenserad från Tensilica, heter HiFi 4 DSP, tickar i 800 MHz och processar ljudströmmen för att göra orden tydligare. De interna minnena och DDR-gränssnitten använder ECC-felkorrigering. Processorn tillverkas i 14 nm LPC FinFET. Den kommer att finnas med temperaturtålighet från -40 till +105 grader Celsius och med en långtidsgaranti på 15 år. Provexemplar ska släppas under årets första kvartal.

Likaså kan de fås att snåla ytterligare genom att gå över till ett energisparläge med intermittent pulsmodulering vid låg last eller i stand-by. Alla har lite olika storlek, men är bara 27 mm höga. De väger från 100 gram till 250 gram. De är framtagna för att använ-

das i krävande tillämpningar. Samtidigt går det att välja till ytterligare tålighet, exempelvis är en option ökat motstånd mot fukt medan en annan ger lägre läckström. Alla levereras med 5 års garanti.  ANNA WENNBERG

JAN TÅNGRING jan@etn.se

Industrikraft får syskon n POWER Japanska Cosel – ägare av den svenska kraftspecialisten Powerbox – kompletterar sin LHA-serie med ytterligare fyra öppna AC/DC-omvandlare. De täcker effektområdet från 30 W till 100 W.

De fyra omvandlare heter LHA30F, LHA50F, LHA75F och LHA100F, och de kompletterar företagets två omvandlare, LHA150F och LHA300F‚ som släpptes under hösten 2019. Likt sina tidigare syskon täcker nykomlingarna enfas mellan 85 Vac och 264Vac (50/60Hz). Siffran i respektive omvandlares namn anger dess effekt. Det betyder exempelvis att LHA30F



är ett 30 W-aggregat. Alla har temperaturområdet –10 °C till +70 °C, är godkända enligt säkerhetsnormerna UL/EN623681 och uppfyller harmonisk dämpning enligt IEC61000-3-2. L H A 30 F F I N N S med de fem utspänningarna 3,3 V, 5 V, 12 V, 15 V och 24 V, medan LHA50F och LHA75F även täcker 36 V och 48 V. LHA100F finns med sex utspänningarna med start på 5 V upp till 48 V. Som ­standard ställs utspänningen in på fabriken, men omvandlarna kan också beställas med en inbyggd potentiometer som innebär att utspänningen kan justeras efter behov. Enheterna påstås ha en verkningsgrad på upp till 90 procent.

anna@etn.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20


NYA PRODUKTER

Svenskt notchfilter för test av mobiler Kraftpaket med fyra utgångar n STRÖMFÖRSÖRJNING Två DC/DC-omvandlare med fyra utgångar vardera i det välkända µModulekoncept är vad Analog Devices just lanserat. Båda siktar på telekom och industri.

Konceptet µModule introducerades ursprungligen av Linear Technology för 14 år sedan. Redan från start byggde det på att erbjuda en liten, komplett kraftmodul som är enkel att använda. Modulerna som ADI släpper nu lanserar integrerar också krafttransistorer, switch-controllers, induktorer och stödkomponenter – allt för att förenkla konstruktionsprocessen och samtidigt minska effektförbrukning och fotavtryck. B Å D A KO M M E R i en BGAkapsel som mäter 6,25 × 6,25 mm och är 2,1 mm hög. De har ett brett inspänningsområde, från 2,7 till 17 V och kan leverera 1,2 A per kanal – alltså totalt upp till 4,8 A per modul. Flera utgångar kan dessutom parallellkopplas för högre ström. LTM4668 switchar med 1 MHz och stöder utspänningar från 0,6 V till 1,8 V. Syskonet LTM4668A har ett utvidgat utspänningsområde, från 0,6 V till 5,5, och switchar med 2,25 MHz. Den höga switchfrekvensen och en strömstyrd arkitektur gör att modulerna svarar snabbt på ändringar i belastningen utan att tappa stabilitet.

ANNA WENNBERG anna@etn.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20

n TEST Göteborgsbaserade test- och mätspecialisten Ranatec har utvecklat ett avstämbart notchfilter som ökar dynamiken vid test av mobiltelefoner.

RI 266 siktar in sig på testhus som utför certifierande tester enligt 3GPP-standarder för mobiler, donglar och andra produkter som nyttjar frekvensband upp till 6 GHz men kan såklart även användas vid förberedande tester under utvecklingsfasen. – Vad vi vet är det första produkten i sitt slag och speciellt relevant för den kommande utrullningen av 5G och de certi­

fierande tester som är kritiska milstolpar för såväl tillverkare av mobiler som system, säger Ranatecs vd Magnus Kilian i ett pressmeddelande. Konsultbolaget Qamcom köpte Ranatec för ett år sedan. F I LT R E T Ä R D I G I TA LT styrbart och kan ersätta de filterbankar som idag används för att undertrycka signaler i frekvensband som inte

ingår i det aktuella ­mätområdet. Därmed blir det enklare att mäta spurioser från testobjektet. Filtret ökar det dynamiska mätområdet med upp till 30 dB. En annan tillämpning är att mäta ”receiver blocking characteristics”, mottagarens förmåga att ta emot signalen även om det finns en störande signal. PER HENRICSSON per@etn.se

Accelerometrar avlastar MCU:n n MEMS Memsexperten Kionix har utvecklat vad företaget hävdar är industrins första accelerometrar med inbyggd brusfiltrering. De siktar på industriella tillämpningar som kräver rörelseavkänning med hög noggrannhet, men som drar lite effekt. De passar även i bärbara konsumentprodukter, hävdar företaget.

Kionix – ett helägt dotterbolag till japanska Rohm – är känt för sina 3-axliga accelerometrar. Nu har företaget släppt ytter­ ligare två enheter. Båda med inbyggd funktion som filtrerar brus – det är industrins första i sitt slag, hävdar företaget som menar att de passar väl för prediktivt underhåll av maskiner och för att övervaka vibrationer hos motordriven industriell utrustning. Likaså passar de att användas i exempelvis smarta bilnycklar, wearables och vid logistikspårning med GPS. är en 3-axlig acce­ lero­meter för maskinövervakning. Så kallad ADP-teknik (se ruta) innebär att accelerometern kan utföra den brusfiltrering och signalbehandling som mikroprocessorn normalt annars hanterar. Därmed minskar belastningen på MCU:n, liksom effektförbrukningen. KX134-1211

Den nämnda sensorns har ett frekvensband som sträcker sig upp till 8 500 Hz, och känner accelerationer från ±8g till ±64g. Den drar 0,67 µA, vilket anges vara 63 procent lägre ström än traditionella alternativ. S YS KO N E T KX132-1211 är också en 3-axlig accelerometer, men frekvensbandet sträcker sig som mest till 4 200 Hz medan sensor

detekterar ±2g till ±16g. Även denna nyttjar ADP-teknik. Båda klarar en arbetstemperatur på upp till 105 °C, vilket enligt Kionix är 20 °C varmare än vad konventionella produkter klarar. De kommer i en kapsel som är 2 × 2 × 0,9 mm och har 12 anslutningar. ANNA WENNBERG anna@etn.se

FAKTA

Filterfunktion ADP är kort Advanced Data Path, och en ny funktion i Kionix accelerometrar som innebär att flera filter är inbyggda i sensorn. De olika filtren kan akti­ veras eller inaktiveras. I stort innebär det att filter aktiveras för att skapa ett bandpassfilter kring den önskade signalen. Tekniken ersätter den filterfunktionen som normalt utförs av en MCU.




NYA PRODUKTER

Solid lidar med 125 lasrar n MEMS-SENSOR Lidarn M1 Simple från Robosense är klar för skarp leverans till kund. Med sina 110 × 50 × 120 mm är den hälften så stor som sin föregångare och världens enligt Robosense minsta mems-baserade lidar. Den är dock oväntat dyr.

Ett par dussin företag utvecklar sedan några år lidarsensorer i förhoppningen att det snart ska komma en stor efterfrågan på lidar till självkörande bilar. Det krävs en ny generation lidar eftersom den första generationen består av stora komponenter med höga priser. Kinesiska Robosense är en av de första att anse att dess memsbaserade lidar M1 är mogen för skarp användning. M1 är en solid lidar, det vill säga saknar rörliga delar. Klassiska roterande lidarer är tio

gånger större och har ”hundratals” komponenter, mot M1:s ”dussintals”, påpekar Robosense. M1 har kvalificerats för fordonsbranschens standard ISO 26262 och ska enligt Robosense klara alla klimat- och väderförhållanden som standarden kräver. VÅG L Ä N G D E N är 905 nm vilket enligt Robosense blir billigare och tar mindre plats än en lösning med standardvåglängden 1550 nm. Nyheten om att M1 nu är en volymprodukt presenterades på

M1 sänder laserstrålar i 125 riktningar parallellt inom ett synfält på 120 × 25 grader. Databladet säger att räckvidden är 200 meter, men redan vid 150 meter är reflektionen nere i 10 procent vilket är en magisk gräns som används som referens vid jämförelser.

årets konsumentelektronikmässa CES i Las Vegas. M1 demonstrerades på samma mässa redan i fjol och den gången gav Robosense, enligt de media som rapporterade från mässan en betydligt mer optimisk uppgift om slutpriset – bara 200 dollar. Denna första upplaga av M1 kostar dock fortfarande nästan tio gånger mer – 1 900 dollar. På årets CES demonstrerades även efterföljaren M1 Smart som

har inbyggd AI. På egen hand utsätter den 3D-punktmolnet som lidarn samlar på sig från sina avläsningar, för en analys från en AI-algoritm, främst för att upptäcka rörliga objekt. Robosense är fortfarande juridiskt i hetluften efter att i augusti ha blivit stämd av lidarpionjären Velodyne för att bokstavligen ha kopierat dess produkter.

klara att hantera stora mängder data i realtid. Enligt JLT innebär förändringen att användaren kan köra tunga tillämpningar som realtidsvideoanalys eller högupplösta grafiska animationer, men också skapa avancerade användargränssnitt som förbättrar hanteringen. Datorerna har integrerat dualband WLAN 802.11ac, LTE,

Bluetooth 4.2 och GPS/Glonass, det sistnämnda som tillval. De kommer med 10-, 12- eller 15tums LED-skärmar. De två versionerna med större skärm finns att få nu, medan den minsta, kallad Verso +10, kommer som uppgraderad version någon gång under det första kvartalet 2020. ANNA WENNBERG

JAN TÅNGRING jan@etn.se

JLT drar ifrån med Verso n INDUSTRIDATOR Växjöföretaget JLT ­Mobile Computers har givit sina välkända stryktåliga industridatorer i Verso-serien ett rejält prestandalyft. Upp till 70 procent, hävdar företaget. Därmed kan de erbjuda videoanalys i realtid och grafiska animationer inom områden som gruv-, olja- och gasindustri samt jordbruk.

Datorerna i Verso-serien är kända som mycket stryktåliga. De monteras i fordon, där de ska klara de allra tuffaste miljöerna utan att avbrott. Nu släpper JLT en uppgraderad version av sin serie med syftet att boosta prestanda. Framåt går det att välja datorer som är bestyckade med Intels Core i3och i7-processorer med Kaby



Lake-arkitektur. Datorerna med en i7-processor ger– enligt JLT – mellan 30 och 70 procent högre prestanda jämfört med tidigare generationer i Verso-serien, och alla kända direkta konkurrenter. D E T I D I G A R E D ATO R E R N A har som standard 8 Gbyte DDR4, vilket nu har utökats till 16 Gbyte eller till och med 32 Gbyte – allt för att

anna@etn.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20


TROR DU ATT ALLT STÅR PÅ WEBBEN?

Läs Elektroniktidningen! ETLIDEKNTINROGNEIKN

SVER IGES ENDA ELEKTRONIK MAGA SIN FS FÖR PROF

NR 1 JANUARI 2020

NR 12 DECEM BER 2019

ELEKTRONIK TIDNIN GEN

ARBETET MED 6G T HAR STARTA

ELEKTRONIK

TIDNINGEN

SVERI GES ENDA

SVERIGES ENDA ELEKTRONIKMAGASIN FÖR PROFFS

NR 10 OKTOBE R 2019

ELEKTRONIK MAGA SIN FÖR PROFF S

ONIK ELIDEKNTR INGEN

TESTAR SIN EGEN MEDICIN

TEMA : MEDTECH

LIGNA ENERG

Ikea tar täten i Zigbee /14–15

PRE NUM ERE

/4–5

RA KOS TNA

& HEAL TH

DE BLÅSER NY

Y:

Batterier av skogsrester

AI-PROFESSOR:

ETN .SE/ PRE DSF RIT T!

N

Neuronnät framtidens radiologer /12–13

1/3/20

Snipe.indd

KTID_SE_

9_Mill_ELE

200106_8-

1

PREN UME RERA

TT LIV I NYFÖDD

IMPLANTAT:

2:56 PM

KOST NAD SFRI

Ditt fett är en vågledare /14–15

T T! ETN. SE/P REN

KONFERENS:

MIDSUMMER:

AI dominerade inbyggnadsmässan ECS

Satsar på många maskiner som gör små solceller

/10–11

ELEKTRONIK

TIDN INGE N

AI-HÅRDVARA ALLT STÖRRE

TEMA: EMS, PRODUKTION & BYGGSÄTT

kiselskiva blev om ett chip per Cerebras att När drömmen amerikanska ingarna verklighet, valde kt neuronnät. Invester /12–13 bygga ett gigantis AI slår nya rekord. i hårdvara för

Ericsson storsatsar på att industrin ska se fördelarna med 5G. En kund är den egna basstationsfabriken i Tallinn, som ska bli effektivare. /12–15

HEM: SMARTA

NR 9 SEPTEMB ER 2019

SVERIGE S ENDA ELEKTRO NIKMAGASIN FÖR PROFFS

T

Göteborgsföretaget Monivent har utveck lat en mätutrustnin g som hjälpe r vårdpersonal att i en akut situation ge luftvolym rätt till ett nyfött barn. /10–11

r tio år 6G ligge , men fram i tiden -aho Matti Latva arna är en av forsk n börjat som reda nästa på fundera dard. mobilstan /10–12

ION MUNIKAT TEMA: KOM

NR 11 NOVEMBER 2019

FANN Y

BJÖR K:

Hon tar SiC från labbet till kunder na

/16–18

INCELL:

/16–19

PRENUMERERA KOSTNADSFRIT T! ETN.SE/PREN FINSKA MINIMA: QRTECH:

Doldiskonsult bakom ADAS, AI och elflyg /20–21

PRENU MERER A KOSTN

Snart lyder snålprocessor dina order

Det är svenska inte bara den elmixen Northvolt som fabrik i s kommande gör Skell batteriEuropas efteå miljö första gigaf vänlig. dokument abrik eras kunna kopierasnoggrant för att i fler /12–13 exemplar.

TEM A: PO WER

HÄR SK RENASTEAPAS VÄRLDENS BAT TERIER

PRE NUM

ERE RA KOS

Bygger reservkrasäker cylinderc ft av eller

/20–21

TNA DSF RIT

/14–15

E/PRE N ADSFR IT T! ETN.S

PRENUMERERA GRATIS

Du får det snygga månads­magasinet genom att fylla i talongen på etn.se/pren

T! ETN .SE /PR

EN

SVER IGES ENDA

ELEK TRON MAG ASIN IKFÖR PRO FFS


NYA PRODUKTER

Kaskad-FET i kiselkarbid höjer ribban n KRAFTTRANSISTORER Amerikanska UnitedSiC påstår sig ha släppt FET:ar i kiselkarbid som har industrins lägsta motstånd mellan drain och source RDS(on) – låga 7 mohm. Det gör dem ­speciellt lämpade att användas i exempelvis elbilar, kraftomvandlare och batteriladdare, hävdar företaget.

6,7 mohm RDS(on). De andra tre är alla 1200V-versioner med RDS(on) från knappa 9 mohm till 16 mohm. – Det som är speciellt viktigt är att vi har nått industrins lägsta RDS(on), det gäller alla komponenter i den här klassen, säger Anup Bhalla, utvecklingschef på UnitedSiC, i ett pressmeddelande.

UnitedSiC är speciallist på SiC-komponenter. Nu lanserar företaget fyra FET:ar med verkligt lågt motstånd mellan drain och source. Den ena, UF3SC065007K4S, kan nyttjas upp till 650 V och har

LÖ S N I N G E N BYG G E R PÅ en egen kaskadkopplad konstruktion. I en vanlig TO247-kapsel sitter en JFET i SiC – som leder utan pålagd gate-spänning (normallyon) – i serie med en lågspänd MOSFET i kisel. Konfiguratio-

nen skapar en snabb, effektiv enhet i ett välkänt format som kan drivas med samma spänningar som IGBT och MOSFET:ar kisel samt MOSFET:ar i SiC. – De kan användas som dropin-ersättare för mindre effektiva kretsar i en mängd tillämpningar, med litet eller inget extra konstruktionsbehov.

Prover finns att få av alla fyra versioner, medan volymtillverkningen ska vara igång under andra kvartalet i år. Flaggskeppet UF3SC120009­ K4S, 1 200V-versionen med lägst RDS(on), kostar cirka 60 dollar styck vid köp om minst 1 000 stycken. ANNA WENNBERG

anna@etn.se

Så blev franska AI-kretsen effektivare Bland mjukvaruverktygen finns automatisk kodgenerering som minimerar minnestrafiken i neuronnätet. Det finns också ett färdigt neuronnät för ansikts­ igenkänning i öppen källkod. Prover av Gap9 ska finnas under detta halvår och massvolymer ska komma nästa år.

n PROCESSORER En femtedel av strömförbrukningen och kapacitet att göra inferenser i tio gånger större neuronnät. Det är skillnaden mellan franska Green Waves nya AI-processor Gap9 och dess föregångare Gap8.

”AI i batteridrivna IoT-enheter” är den slogan som Green Waves säljer sina neuronnätsprocessorer med. De ska vara strömsnåla men ändå kunna sitta i apparater som med rimlig batteritid exempelvis kan känna igen ansikten, räkna passerande människor, förstå röstkommandon, göra sensoranalys för preventivt underhåll eller göra lidarbaserad navigering. G A P 9 : S T E O R E T I S K A topprestanda är 50 Gops (miljarder operationer per sekund) till en förbrukning av 50 mW. Mer konkret klarar det AI-prestanda­testet Mobile Net V1 med en förbrukning av 806 μW per bild per sekund, med bilder i upplösningen 160 × 160. Förklaringen till den drama­ tiska prestandaökningen jämfört med Gap8 är ett byte till Globalfoundries snåla FD-SOI tillverkningsprocess FDX i 22 nm med body biasing. Dessutom har det gjorts flera arkitekturförbättringar.



Green Waves IoT-AI-processorer är multikärnor byggda på den öppna cpu-arkitekturen Risc-V. En av Risc-V-cpu:erna i Gap9 är en styrenhet, medan nio cpu:er med gemensamt L1-cache accelererar AI-beräkningarna. Bandbredden inom klustret är 41,6 GB/sec och till L2-cache 7,2 GB/s. Gap8 hade bara åtta acceleratorer och bara en tjugondel i effektiv minnesbandbredd. Gap9 kan klockas till 400 MHz medan Gap9 stannade på 175 MHz. Det interna RAM:et har gjorts tre gånger större och är nu 1,6 MB. VA D G Ä L L E R S T R Ö M S N Å L H E T E N

finns ett nytt viloläge på 1 mW kallat dozy – dåsig – där kretsen bara klarar av att ta emot data. Från sitt dåsiga tillstånd ruskas Gap9 upp till full vakenhet på några få mikrosekunder medan Gap8 behövde ligga och dra sig

i 700 mikrosekunder från sitt motsvarande viloläge. Orsaken ska vara att Gap8:s DC-omvandlare behövde den tiden på sig för att stabiliseras medan Gap9 bytt till en snabb LDO. Gap9 stöder flyttal i 8, 16 och 32 bitars precision. Den kan också hantera vektorer av fixtal på ner till två bitars precision.

P R I S E T D U B E TA L A R för effektivitetsförbättringarna är ganska skäligt – bara 50 procent mer, gissar Green Waves, som trots alla förbättringar räknar med en fortsatt marknad även för Gap8.

JAN TÅNGRING jan@etn.se

G A P 9 H A R B R A S TÖ D för ljudhantering med dubbelriktat synkront flerkanaligt digitalt ljud. Gap9 har dessutom dubbla kameragränssnitt för ström­snål lågupplöst bild respektive högupplöst mer energikrävande bild. AES-kryptering stöds i 128 och 256 bitar. Varje chip har en PUF (Physically Unclonable Function). Det är en teknik som ger chipet ett unikt fingeravtryck, vanligen baserat på slumpmässiga fysiska variationer i tillverkning.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 1/20


Svensk Elektronik – först in i framtiden.

PÅ GÅNG I SVENSK ELEKTRONIK . . .

Se till att bli medlem och ta del av våra förmåner! KALENDARIUM

Direktivsdagen den 21:a januari.

21 januari 2020 Direktivsdagen.

Har du råd att inte ha koll på miljödirektiven?

5–7 maj 2020 S.E.E. Scandinavian Electronics Event.

På Direktivsdagen får du en god översikt över gällande direktiv och de nya regler som påverkar elektronikbranschen.

26 maj 2020 Årsmöte. 4–5 december 2020 Embedded Conference Scandinavia 2020. svenskelektronik.se/ kalendarium

Flera viktiga ämnen kommer belysas över dagen: Ekodesign, digitalisering, ROHS, REACH, RED, EMC och LVD.

Smartare Elektronikhandboken 2.0. Fylld med kunskap från flera av våra medlemsföretag.

Handboken finns nu tillgänglig för nedladdning på vår hemsida ~700 nedladdningar har redan utförts sedan den släpptes. Föredrar ni tryckt exemplar, så finns det möjlighet att beställa. Kontakta då info@svenskelektronik.se Svensk Elektronik har tagit fram ett kurspaket och det första tillfället genomförs i dagarna i Stockholm. Under 2020 kan fler tillfällen anordnas på andra orter i Sverige. Tillsammans skapar vi branschens framtid. Ditt företag är väl med? Ett medlemskap i Svensk Elektronik stärker dig och ditt företag. www.svenskelektronik.se info@svenskelektronik.se

Scandinavian Electronics Event – S.E.E. 2020 Följ med in i framtiden – produktion, utveckling och digitalisering möts på S.E.E. den 5–7 maj 2020, Kistamässan. Du som är medlem har självklart förmånlig rabatt, Boka din plats redan nu! Tycker du att det vi gör är bra och värdefullt, hoppas jag att ditt företag ser till att vara medlem i Svensk Elektronik så vi tillsammans kan göra än mer för ditt företag och branschens konkurrenskra‡!

Peter Björkholm Svensk Elektronik


POSTTIDNING B Returadress: Elektroniktidningen Folkungagatan 122, 4 tr 116 30 Stockholm

The ¸ZNA vector network analyzer features outstanding RF performance, a broad range of software functions and a unique hardware concept. With its innovative dual-touchscreen and

DUT-oriented operating concept, the ¸ZNA is a powerful, universal test platform for characterizing active and passive DUTs. www.rohde-schwarz.com/product/ZNA

WITH HIGHEST PRECISION. HIDDEN TRUTHS BROUGHT TO LIGHT. THE NEW R&S®ZNA VECTOR NETWORK ANALYZER.

Profile for ETNdigi

Elektroniktidningen januari 2020  

Elektroniktidningen januari 2020  

Profile for etndigi