ETNdigi 1/2022

1/2022

digi

SUORITUSKYKY JA TEHONKULUTUS TASAPAINOON

KOMPONENTIT - OHJELMOINTI - SULAUTETUT - AUTOMAATIO - JAKELU

LISÄÄ VIRTAA BITTIEN SEASSA

OSALLISTU KISAAN JA VOITA UPEA ONEPLUS NORD 2

HUAWEI LUOTTAA SUOMALAISEEN OSAAMISEEN SUORITUSKYKY TASAPAINOON

TURVALLISEMPAA KOODIA SULAUTETTUIHIN

DATA HALTUUN AUTOMAATIOLLA

®

®

™

The Microchip name and logo, the Microchip logo and maXTouch are registered trademarks of Microchip Technology Incorporated in the U.S.A. and other countries. All other trademarks are the property of their registered owners. © 2022 Microchip Technology Inc. All rights reserved.

DS00004393A. MEC2417A-UK-03-22

2

ETNdigi - 1/2022

Koronapandemia hellitti alkukevään aikana otettaan elektroniikkateollisuudesta. Jopa komponenttipula näyttää osaltaan helpottavan. Teknologia 2022 messuja käydään silti epävarmuuden tilassa, kun itäisen naapurivaltiomme johtaja päätti helmikuun lopulla hyökätä Ukrainaan.

Sodan myötä länsi on asettanut kovia talouspakotteita Venäjälle. Käytännössä tämä tarkoitti esimerkiksi teknologiaalalla viennin pysähtymistä. Teknologiateollisuuden tilastojen mukaan Venäjän osuus alan viennistä on 5,8 prosenttia, joten Venäjän sotatoimet syövät ison osan tälle vuodelle toivotusta kasvusta.

Suomen huhtikuussa julkistetun kansallisen uudistusohjelman mukaan tavoitteena on nostaa tutkimus- ja tuotekehityspanostukset 4 prosenttiin bruttokansantuotteesta vuoteen 2030 mennessä. Lisärahoitusta on luvassa esimerkiksi mikroelektroniikkaan, 5G/6G-teknologiaan, sekä tekoälyyn tai kvanttiteknologiaan liittyviin testausympäristöihin.

Suunnitelma on ehdottomasti kannatettava. Suomi voi elää vain vankasta osaamisesta, mikä ei onnistu ilman panostuksia tutkimukseen ja koulutukseen. Kyse on valtavista summista.

Teknologiateollisuuden yritysten investoinnit olivat viime vuonna 5,9 miljardia euroa, mistä 60 prosenttia koostui t&kpanostuksista. Haaste on kova, kun muistetaan, että teknologia-alalla investoinnit ovat vähentyneet rajusti vuoden 2008 jälkeen. Tähän on ensisijaisesti syynä elektroniikkavalmistuksen siirtyminen muualle. Tulevien vuosien sadat miljoonat ja miljardit t&keurot pitää siis suunnata uusille aloille.

Mitä nämä uudet alueet sitten ovat?

Anturiratkaisut, akkutekniikka, tekoäly ja sulautetut ohjelmistot ovat hyviä ehdokkaita. Vihreä siirtymä tarjoaa erinomaisia mahdollisuuksia suomalaiselle suunnittelulle, joka on Nokian puhelimista asti tunnettu maailmanluokan energiatehokkaiden järjestelmien suunnittelusta.

- Veijo Ojanperä ETN, päätoimittaja

ETNdigi - 1/2022

digi

ETNdigi päätoimittaja Veijo Ojanperä vo@etn.fi +358-407072530 myyntipäällikkö Anne-Charlotte Lantz +46-734171099 ac@etn.fi Ilmoitushinnat: etn.fi/advertise ETNdigi on ETN:n digitaalinen erikoislehti. Lehti julkaistaan 2-3 kertaa vuodessa eri teemoihin keskittyen.

ETN (www.etn.fi) on suomalainen elektroniikan, tietoliikenteen, nanotekniikan ja muun huipputekniikan päivittäinen uutispalvelu.

Sivustoltamme löytyy uutisten lisäksi yritysten kanssa yhteistyössä toteutettuja teknisiä artikkeleita.

ETN järjestää vuosittain Suomen ainoan itsenäisen sulautetun tekniikan konferenssin. Kahden koronavuoden jälkeen Embedded Conference Finland eli ECF22 järjestetään seuraavan kerran syyskuussa 2022. Lisätietoa löytyy tapahtuman sivuilta osoitteesta www.embeddedconference.fi Helpoin tapa päästä mukaan uutis- ja tapahtumavirtaan on tilata ilmainen uutiskirjeemme osoitteessa at etn.fi/tilaa.

Kannen kuva: AdobeStock

3

EMBEDDED CONFERENCE FINLAND SEPTEMBER 6, 2022 HELSINKI

Embedded Conference Finland will be organised for the 4th time on September 6, 2022.

Last time, before the pandemic we had more than 250 attendees enjoying a very strong technical program. You can find the ECF19 presentations on the event website at embeddedconference.fi.

The keynotes and a selection of presentations can also be seen as video on the ETNtv Youtube channel.

All vital information will be posted on the event website.

As before, attending the conference will be free of charge.

The registration for ECF22 is open here.

For more information see

www.embeddedconference.fi To book a table top or ask for sponsor packages please contact ETN editor-in-chief Veijo Ojanperä vo@etn.fi +358-407072530 or Sales Manager Anne-Charlotte Lantz ac@etn.fi +46-734171099

4

ETNdigi - 1/2022

digi

SISÄLTÖ 1/2022

6-13 UUTISET • VR:stä tuli ketterä softatalo • Tarkka sisätilapaikannus Bluetoothilla • 3D-eleet tulevat kuskin käyttöön

14

POLTTOPISTEESSÄ Tulevaisuudessa suunnittelu pohjaa virtuaaliseen kaksoseen

16

POLTTOPISTEESSÄ Huawei luottaa suomalaiseen älykelloteknologiaan

19

KOLUMNI Yli 40 vuotta mittausbisneksessä

26

20

SUORITUSKYKY JA TEHONKULUTUS TASAPAINOON

LISÄÄ VIRTAA BITTIEN SEASSA

40

32 AUTOMAATIOLLA PARAS HYÖTY IRTI DIGITALISAATIOSTA

36 GaN SIIRTYY SEURAAVAAN VAIHEESEEN

PERHOSKORTTI - ALUSTA MONEEN SOVELLUKSEEN

42 PAREMPAA KOODIA SULAUTETTUIHIN

ETNdigi - 1/2022

TEOLLISUUDEN IoT MULLISTAA LAITEKAAPIN

46 5

digi

UUTISET

VANHA VR MUUTT KETTERÄKSI DIG Meillä jokaisella on jonkinlainen suhde VR:ään. Aina muistot eivät ole niin hienoja. Esimerkiksi VR:n mobiilisovellus oli takavuosina suoraan sanoen huono. Tämä kaikki on nyt taaksejäänyttä. Uusi VR on ketterä digitalo, jonka sovellukset toimivat luotettavasti pilvessä.

VR:n CDO eli digitaalijohtaja Jonas Hagner puhuu datan hyödyntämisestä, digitaalisten palvelujen johtaja Marika Schugk palvelullistamisesta. Molemmissa on lopulta kyse samasta asiasta: tavoitteesta tulla maailman parhaaksi asiakaspalvelijaksi raideliikenteessä.

Isoa roolia muutoksessa on näytellyt myös Amazon Web Services. Pilven hyödyntäminen ei ole VR:ssä mitään uutta. Jo vuosina 2005-2017 tehtiin perinteisempi pilvimigraatio. - Kaikki mikä oli mahdollista refraktoroitiin ja siirrettiin pilveen. Aika paljon asioita uudistettiin ja modernisoitiin niin, että ne on pilvinatiivisempia, Jonas Hagner kuvaa.

Nykyään 70 prosenttia koko sovelluskannasta tai työkuormista pyörii AWS:n palvelimilla. Kaikki backendit eli taustajärjestelmät, joita tarvitaan ensisijaisesti palvelemaan asiakaskokemusta, ovat pilvessä.

VR:llä omaa henkilöstöä kehittämässä digitaalisia palveluja on 91. Sen lisäksi käytetään ulkopuolisia asiantuntijoita.

6

Suomen mittakaavassa kyse on vähintään keskisuuresta ohjelmistotalosta.

Siirtymä AWS:n palveluiden käyttäjäksi alkoi Hagnerin mukaan vuoden 2015 tienoilla. Prosessin aikana on käytetty paljon ulkopuolisia toimittajia, mutta enenevässä määrin omia asiantuntijoita.

- Olemme tulleet omavaraisiksi matkan varrella. Nyt toimittajia käytetään kehitysapuna, mutta paljon pystytään nyt tekemään itse, kehuu Hagner väkeään.

Marika Schugkin mukaan ero perinteisen VR:n ja pilvimaailmassa toimivan nykyisen välillä on valtava. Tärkeä virstanpylväs muutoksessa oli uuden Matkalla-applikaation julkaiseminen loppuvuodesta 2019. Sitä Schugk kutsuu VR:n kruununjalokiveksi.

- Edeltäjä ei ollut vielä pilvimaailmassa.

Sitä ennen, perinteisessä konesalimaailmassa jännitettiin aina, kun junat julkaistiin myyntiin. Kuinka paljon oli ja tarvittiin kapasiteettia? Nyt pilvessä asiakkaat eivät huomaa mitään, kun kapasiteettia skaalataan automaattisesti ylös, Schugk kertoo.

KAIKKEA EI VOI VIEDÄ PILVEEN VR kehittää nyt kaikkea lähtökohtaisesti pilveen. - Yritämme hyödyntää natiivia AWS:ää niin paljon kuin mahdollista. Se nopeuttaa ja yksinkertaistaa ja tehostaa kehitystä, Schugk sanoo.

Aivan kaikkea ei voi pilveen viedä.

Schugkin tiimi käyttää esimerkiksi mobiilikehityksessä Firebasea, jonka Google-integraatiosta moni kehitystalo pitää. - Meidän backendimme alkavat olla modernien mikropalvelujen tapaan enemmän ratkaisuja kuin applikaatioita.

Esimerkiksi sovellusyhdyskäytävän ja sovellushallinnan - Schugk puhuu appgatewaysta ja appmanagementista ympärillä tarvitaan erilaisia teknologisia ratkaisuja. Tältä osin AWS:n natiivit palvelut eivät vielä kelpaa meille.

VR:llä on pääkaupunkiseudulla kaksi konesalia, jossa osa sovelluksista pyörii.

Hagnerin mukaan konesaleihin on jätetty sellaisia applikaatioita, jotka eivät ole vielä valmiita pilveen. - Tämä johtuu siitä, että vaikka ne olisivat kohtalaisen uusia applikaatioita, niitä ei ole koodattu

ETNdigi - 1/2022

TUI GIFIRMAKSI pilvinatiiveiksi. Jos se olisi mahdollista, olisimme varmasti sataprosenttisesti pilvessä.

LUOTETTAVAMPI, HALVEMPI Hagnerin mukaan VR ei ole havainnut mitään isoja tunnistettavia häiriöitä pilviympäristössä. ”Se käy ja kukkuu tosi nätisti”, kuten hän kehuu. Pilvimaailmaan siirtyminen on myös tuonut merkittäviä säästöjä VR:lle.

- Jos vertaa konesalimaailmaan, niin siirtyminen pilvimaailmaan on tuonut mielettömät kokonaissäästöt. Konesalikapasiteettia jouduttiin mitoittamaan aika aggressiivisen käytön mukaan. Nyt on poistettu paljon lisenssejä, on modernisoitu applikaatioita, on siirrytty natiiveihin AWS-komponentteihin ja voitu poistaa aika paljon ylläpitoon ja palveluntarjoamiseen liittyviä kustannuksia. Tässä on saatu huikeat kustannussäästöt.

Marika Schugkin mukaan vanhaan aikaan jouduttiin varaamaan lisäkapasiteettia usein vain yhden päivän takia kuukaudessa. - Yhtenä päivänä maksoimme koko kuukauden kakun. Nyt pilviaikana ei tule sellaisia piikkejä.

Kapasiteetin varaaminen ei mitenkään isosti näy meidän kuukausikuluissa.

Kuukausilaskutus on tasaista, kun kapasiteetti laskee ja nousee tarpeen mukaan. Ja myös kustannusten ennustettavuus pysyy kuukaudesta toiseen.

- Nyt julkaisemme aidosti uusia releaseja keskellä päivää ilman, että se näkyy asiakkaalle. Pystymme myös nopeasti julkaisemaan uusia toimintoja. Jos vaikka asiakaspalautteesta tulee jotain korjattavaa, niin ne päästään viemään nopeasti tuotantoon asti, Schugk kuvaa tiiminsä kehitystyön ketteryyttä.

tärkeää on se, miten asiakasta voidaan auttaa häiriötilanteessa. Tässä taustalla on melkoinen dataharjoitus ja tässä ennustamisessa on tekoälylläkin paikkansa. Meidän pitää saada kaikki mahdolliset häiriöt tiedotettua loppuasiakkaalle niin, että hänellä on hallinnan tunne matkalla.

Palveluja uusitaan siis jatkuvalla syötöllä.

Tämä tarkoittaa esimerkiksi tekoälyä hyödyntävien komponenttien tuomista.

Marik Schugk muistuttaa, että VR:llä on paljon muitakin palveluja kuin lipun ostaminen. - Esimerkiksi reaaliaikainen häiriötilanneviestintä. Jos vaihtoyhteys myöhästyy, asiakas saa automaattisesti uudet liput uuteen vaihtoyhteyteen.

Asiakas voi myös itsenäisesti muuttaa omaa matkaansa, mikä on ollut suuresti toivottu ominaisuus.

Jonas Hagnerin mukaan datankeruu mahdollistaa simuloinnin ja testaamisen tavalla, joka ei aiemmin ollut mahdollista.

Kyse on lopulta datan hyödyntämisestä.

- Kuinka voidaan identifioida ongelmia ja reagoida niihin ennen, kuin ne tulevat päälle? Koko ajan pyrimme parantamaan tilannehallintaa ja olemme myös löytäneet paljon konkreettisia hyötykohteita.

Kaikissa digitaalisissa palveluissa puhutaan personoinnista. Miten voidaan asiakasta paremmin palvella hänen aiemman käyttäytymisensä tai ostohistoriansa perusteella? Haluaako junamatkustajakin tätä? Schugkin mukaan paljonkin.

- Tärkeäksi nousee se, miten asiakasta tuetaan häiriötilanteissa. Vaikka junat 95prosenttisesti kulkisivatkin ajallaan, niin

YHÄ KETTERÄMPÄÄ Takavuosina VR joutui kaikkien muiden suuria järjestelmiä ajavien yritysten tapaan tekemään isoa huoltopäivityksiä.

Yleensä niitä ajettiin käyttöön öisin, joten töitä piti olla tekemässä paljon väkeä.

Pilviaikana päivitysten tekeminen on täysin toisenlaista.

ETNdigi - 1/2022

Kuvat: VR

Koronapandemian aikana on tullut paljon tilanteita, joita on jouduttu ennakoimaan tai joihin on jouduttu reagoimaan.

- Tässä kokonaisuudessa pilvellä on iso rooli, pystymme reagoimaan nopeasti ja tuomaan uusia asioita asiakkaille.

Asiakaspalvelun parantaminen ei pääty koskaan. Applikaatiot eivät ole valmiita.

VR panostaa jatkuvasti uusiin tuotteisiin.

- Emme vain kuljeta asiakkaita paikasta A paikkaan B vaan kehitämme kokonaispalvelua. Digitaalisuus on tässä iso painoalue, Schugk sanoo.

Joonas Hagnerin mukaan datan voimakas hyödyntäminen ja älykkäiden palvelujen tarjoaminen on seuraava askel. - Mikropalveluarkkitehtuuri sinänsä on ollut kiinnostava, mutta nyt nähdään konkreettisesti, mitä se mahdollistaa.

Perinteinen applikaatiomaailma sellaisena kuin me on se ymmärretty, on häipymässä. Yrityksen pitää miettiä, mistä investoinnista tulee kaikista eniten vastetta. Kyllähän se tulee ilman muuta pilvipohjaisesta digitaalisten tuotteiden kehittämisestä, Hagner päättää.

7

digi

UUTISET

AUTOJEN PÄÄSTÖT ALLE 99 GRAMMAAN KILOMETRILLÄ Autokannan sähköistyminen on johtanut Euroopassa varsin merkittävän virstanpylvään ohittamiseen. JATO Dynamicsin mukaan autojen keskimääräinen volyymipainotettu päästö putosi viime vuonna 99 grammaan kilometriä kohti. Pudotus edellisen vuoden 117,7 grammasta oli merkittävä.

Lue lisää etn.fi/13463.

PAREMPI KOOD

SIGFOXIN TOIMINTA JATKUU Singaporelainen verkkoja operoiva unabiz on ostanut sekä Sigfox SA:n että verkkoa Ranskassa operoivan Sigfox France SAS:n.

Kauppahinnaksi on arvioitu noin 25 miljoonaa euroa. Sen myötä Sigfox SA:n selvitystila raukeaa ja samalla verkkojen toiminnan jatkuminen varmistuu. Suomessa verkkoa operoi Connected Finland Oy. Suomessa esimerkiksi data Postin älylukoista siirtyy keskukseen Sigfox-linkillä. Globaalisti Sigfoxlaitteita on noin 20 miljoonaa.

Lue lisää etn.fi/13462.

AUDIOKOODEKISTA LÖYTYI VAKAVA TURVA-AUKKO Tietoturvayritys Check Point on löytänyt haavoittuvuuksia useimmissa älypuhelimissa käytetystä ALAC-audiokoodekista. Applen koodekkia (Apple Lossless) on käytetty esimerkiksi Qualcommin ja Mediatekin suosituissa piirisarjoissa. Enimmillään jopa kaksi kolmesta Android-käyttäjästä altistui haavoittuvuudelle, jonka avulla hyökkääjillä oli mahdollisuus päästä etäyhteydellä kiinni käyttäjän media- ja äänikeskusteluihin.

Lue lisää etn.fi/13460.

60 MILJARDIN TRANSISTORIN ARM-PALVELINPROSESSORI Alibaba Cloud on yksi suurista pilvipalveluntarjoajista. Nyt yhtiö on AWS:n tavoin kehittänyt omia prosessoreita konesaleihinsa.

Uusin on jättimäinen, peräti 60 miljardin transistorin Arm-prosessori. Piiri on nimeltään Yitian 710. Se koostuu 128 Armv9-ytimestä ja valmistetaan TSMC:n 5 nanometrin prosessissa. Kellotaajuus yltää 3,2 gigahertsiin ja DDR5-muistikanavia on kahdeksan.

Lue lisää etn.fi/13454.

8

NXP Semiconductors on lanseerannut ensimmäiset parannellut algoritminsa uuteen autotutkien kehitysalustaansa (Premium Radar SDK). Niiden avulla kehittäjät voivat parantaa tutkajärjestelmän suorituskykyä NXP:n uusinta S32R4x-tutkaprosessoriperhettä käyttäessään.

Tutka-algoritmikirjasto mahdollistaa hyväksi havaittujen algoritmien nopean integroinnin tutka-anturisovelluksiin, mikä auttaa nopeuttamaan tutka-anturin kehitystä ja vähentämään t&k-investointeja.

Vielä tämän vuoden aikana kehittäjille jaettava laajennus

sisältää kolme algoritmipakettia, jotka sisältävät ratkaisuja signaalihäiriöiden lieventämiseen, MIMOaaltomuodon optimointiin ja kulmaresoluution parantamiseen.

Softalla todellakin on väliä autojen tutkissa, jotka ovat keskeisessä roolissa esimerkiksi automaattisen hätäjarrutuksen ja mukautuvan vakionopeuden toteutuksessa.

Alueelliset lait ja määräykset edellyttävät yhä tarkemmin ns. kuolleen kulman havaitsemisen, kääntymisavustimen, etu- ja takaristeyksen sekä ihmisten havaitsemisen vaatimuksia.

TARKKA SISÄTILAPAIKANN Sveitsiläisen u-bloxin uudella Bluetooth-antennikortilla päästään sisätiloissa alle metrin paikannustarkkuuteen. ANT-B10 -antennikortti on suoraan lopputuotteisiin integroitava kortti, joka mahdollistaa pienitehoisen ja suuren tarkkuuden sisäpaikannuksen ja nopeuttaa Bluetooth-suuntimisen ja sisäpaikannusratkaisujen arviointia, testausta ja kaupallistamista.

Bluetooth-sisäpaikannus käyttää mobiilitunnisteen lähettämän Bluetooth-signaalin saapumiskulmaa (AoA) useissa kiinteissä ankkuripisteissä tunnisteen sijainnin laskemiseen reaaliajassa. Näin päästään alle metrin tarkkuuteen.

Suurena etuna Bluetoothilla on laaja ekosysteemi: radio löytyy useimmista laitteista, kuten kaikista älypuhelimista.

ETNdigi - 1/2022

DI - TARKEMPI TUTKA

Käytännössä ajoneuvon pitää nähdä 360 astetta ympärilleen.

Myös siirtyminen autonomisen ajamisen L2+-tasolla L3-tasolle tehokkaampia tutka-antureita laajentamaan peittoa ja tarjoamaan tarkan ympäristön kartoituksen ja lokalisoinnin.

Noin viiden vuoden kuluttua autoissa on kaksi kertaa enemmän tutka-antureita kuin nykyään, ja yli 90 prosenttia tutkaantureista toimii samalla 77-79 gigahertsin kaistalla. Huoli tutkahäiriöistä kasvaa, ja lieventävien toimenpiteiden tarve on tullut välttämättömäksi. Samaan aikaan autonvalmistajat etsivät

tehokkaita tapoja parantaa anturin suorituskykyä. Tästä syystä huolellisesti optimoidut MIMO-aaltomuodot ovat välttämättömiä, kun kehitetään mahdollisimman suuren resoluution ja pidemmän kantaman tutka-antureita.

Nämä erityiset modulaatiomenetelmät mahdollistavat useamman lähettimen toiminnan samanaikaisesti, ja ne koodaavat yksittäiset lähetysantennisignaalit varmistaakseen, että ne voidaan erottaa vastaanottimen puolella. Lisäksi halutaan korkeamman resoluution antureita sekä kulma- että etututkasovelluksiin, jotta ne tukevat tarkempaa kohteiden erottelua ja luokittelua

erilaisissa käyttötapauksissa, kuten haavoittuvien tienkäyttäjien havaitsemisessa tai pysäköintiavustimissa.

NXP tarjoaa autojen ja autojärjestelmien valmistajille kaksi arviointivaihtoehtoa erilaisilla evaluointilisensseillä. MATLABpohjainen versio toimittaa algoritmit käännettynä koodina, jonka avulla kehittäjät voivat ymmärtää, mitä PRSDK tekee syöttämällä asiakkaiden testivektoreita, laskemalla ja visualisoimalla tulosvektorit. Bittitarkkuuden tarjoava MCU-pohjainen arviointivaihtoehto sisältää algoritmin binaaritiedostot.

Lisätietoja NXP:n sivuilta.

NUS BLUETOOTHILLA ANT-B10 on vähän energiaa kuluttava antennikortti. Siinä on antenniryhmä, joka koostuu kahdeksasta yksittäisestä patch-antennista. Antennit on sijoiteltu u-bloxin oman NINA-B411 Bluetooth 5.1 -moduulin ympärille. Käsiteltyään mobiiliseurantatunnisteiden lähettämät saapuvat RF-signaalit moduulin radio- ja kulmanlaskentaprosessorissa moduuli tuottaa suoraan lasketun saapumiskulman sovellusten käyttöön.

ETNdigi - 1/2022

U-blox tarjoaa kehittäjille myös XPLRAOA-3 Explorer-sarjaa, jolla voidaan arvioida ja testata ANT-B10antennilevyä. Yleisiä Bluetoothsisäpaikannus- ja -suunnan käyttötapauksia ovat omaisuuden seuranta teollisuusympäristöissä, Lisäksi rakennuksissa käytettävät kulunvalvontajärjestelmät voivat käyttää kulmantunnistusta määrittääkseen, kummalla puolella ovea käyttäjät sijaitsevat.

9

UUTISET

3D-ELEET KUSKIN KÄYTTÖÖN

Norjalainen TouchNetix on julkistanut uuden sukupolven kapasitiivisen kosketusohjaimen, jonka avulla voidaan tuoda 3D-eleet auton järjestelmien ohjaamiseen. Kilpaileviin ohjaimiin verrattuna uusi aXiom-piiri tarjoaa yli sata kertaa paremman signaalikohinasuhteen.

TouchNetixin mukaan ratkaisevaa on, ettei eleohjauksen toteuttaminen vaadi ylimääräisiä anturielektrodeja, kortin tasokomponentteja tai muita lisäanturilaitteita. Sinällään piirin tekniikka on entisellään. Piiri mittaa kapasitanssia ja signaalikohinasuhde on yli 80 desibeliä.

Mutta riittääkö parempi tarkkuus ja vain 2,5 voltin jännite lyömään eleohjauksen läpi autoissa? TouchNetixin toimitusjohtaja Vegard Wollan uskoo, että ääniohjaus ja näyttötekniikka täydentävät toisiaan hienosti.

- On selvää, että kosketusnäytöt ovat

10

korvaamassa mekaanisia nappeja ja kytkimiä. Ruudun näytöllä ja sen yläpuolella toimivat liukueleet lisäävät turvallisuutta, sillä näyttöä tarvitsee katsella vähemmän ja kuljettaja voi keskittyä ajamiseen, Wollan uskoo.

Yksisiruinen aXiom-tekniikka mahdollistaa eleiden tunnistuksen 10-15 senttimetriä näytön pinnan yläpuolella.

Lisäksi 5-6 senttiä näytön yläpuolella havaitaan useita leijuntaeleitä. Nämä merkittävästi turvallisuutta lisäävät toiminnot muuttavat käyttöliittymän innovatiivisemmaksi ja intuitiivisemmaksi käyttökokemukseksi.

Auton käyttöliittymässä kosketusvapaan tekniikan avulla käyttäjät voivat vähentää kosketusnäyttöön vilkuilua, mikä parantaa turvallisuutta. Julkisissa ja monen käyttäjän kosketusnäyttösovelluksissa kosketusvapaa tekniikka voi lisäksi vähentää radikaalisti virus- ja bakteerikontaminaation riskiä ja tartuntojen siirtymistä.

Nämä aXiom-sirujen tarjoamat lisäominaisuudet saavutetaan ilman ylimääräisiä anturielektrodeja, korttitason komponentteja tai muita ylimääräisiä tunnistuslaitteita. 3D- ja kosketusvapaat käyttöliittymätoiminnot saavutetaan siksi alhaisin mahdollisin järjestelmäkustannuksin, etenkin verrattuna vaihtoehtoisiin tunnistustekniikoihin, kuten infrapunatunnistukseen tai kameroihin.

AXiom-siruperhe tukee 5-55 tuuman näyttökokoja ja laajaa valikoimaa erilaisia kuvasuhteita.

TouchNetix voi suunnitella, toteuttaa ja toimittaa nopeasti asiakkaan toiveiden mukaan. Vankan toimitusketjun ansiosta TouchNetix on valmis tarjoamaan seuraavan sukupolven käyttöliittymäpiirejä globaalisti. AXiom-sirut on kvalifioitu AEC-Q100/Q006 -standardin mukaisesti.

Lisätietoja: TouchNetix

ETNdigi - 1/2022

WIFI7 TULI JO PIIREINÄ

Broadcom on esitellyt markkinoiden ensimmäiset näytepiirit, jotka tukevat tulevaa WiFi7-tekniikkaa. Perheessä on viisi sirua, jotka tuovat tämän hetken tehokkaimpiin wifilaitteisiin verrattuna jopa kaksinkertaisen datanopeuden, pidemmän kantaman ja alhaisemman latenssin.

IEEE työstää edelleen seuraavaa wifi-standardia, joka on nimeltään 802.11be. Sen aikataulu on osin vielä avoin. 802.11be-työryhmä perustettiin toukokuussa 2019. Nyt standardiluonnoksesta on valmistumassa 2.0-drafti. Ensi marraskuussa roadmapissa lukee Draft 3.0 ja marraskuussa 2023 Draft 4.0.

Valmista pitäisi tulla keväällä 2024.

WiFi7 kaksinkertaistaa yhteyksien kaistanleveyden ottamalla käyttöön

320 MHz:n kanavat, joten se täydentää erinomaisesti laajennettua maailmanlaajuista wifi-spektriä 6 GHz:n kaistalla. Yhdessä tulevan automaattisen taajuuskoordinoinnin (AFC) kanssa Wi-Fi 7 käyttää optimaalista taajuuksien allokointia mahdollistaakseen suuritehoiset tukiasemat ja laajentaa 6 GHz:n lähetysaluetta sekä sisä- että ulkoympäristöissä.

320 MHz:n kanavat yhdessä 4096QAM-modulaation kanssa yli kaksinkertaistavat Wi-Fi 6E:n suorituskyvyn, parantavat kattavuutta ja pitävät suorituskyvyn askeleen edellä DOCSIS 4.0:n ja usean gigabitin PON-tekniikan tarjoamia laajakaistanopeuksia.

Lisätietoja Broadcomin sivuilta.

AKKUUN PIAN KIINTEÄ ELEKTROLYYTTI Nissan on julkistanut laminoitujen kiinteän elektrolyytin akkukennojen prototyyppitehtaan. Yhtiö aikoo tuoda kiinteän akuston markkinoille vuonna 2028. Mullistus lupaa laskea sähköautojen hinnan polttomoottoriautojen tasolle.

Nissan uskoo, että kiinteän akun hinta voidaan laskea 75 dollariin kilowattitunnilta vuonna 2028 ja 65 dollariin kilowattitunnilta sen jälkeen, mikä asettaa sähköautojen valmistuskustannukset bensiinikäyttöisten ajoneuvojen tasolle.

ETNdigi - 1/2022

2,2 GIGABITTIÄ SEKUNNISSA 5G-LINKIN YLI Brittioperaattori EE kertoo yltäneensä 5Gmobiilidatassa uuteen ennätykseen.

Yhdistämällä kaikkiaan seitsemän eri taajuuskaistaa EE ylsi laboratoriossa 2,2 gigabittiin sekunnissa. Testit tehtiin BT:n Borehamwoodin laboratoriossa. Niissä yhdistettiin ensimmäistä kertaa samaan linkkiin viisi LTE-kantoaaltoa (kaksi kantoaaltoa 1,8 GHz:ssä, yksi 2,1 GHz:ssä ja kaksi kantoaaltoa 2,6 GHz:ssä) sekä kaksi 5G NR -taajuutta (3,4 ja 3,6 gigahertsiä).

Lue lisää etn.fi/13451.

PYTHON KÄRJESSÄ, MATLAB LASKUSSA TIOBE-indeksi on jo vuosia rankannut ohjelmointikielten suosiota verkkohakujen perusteella. Huhtikuun listalla Python jatkoi ykkösenä. MATLAB näyttää putoavan 20 suosituimman listalta ensimmäistä kertaa yli 10 vuoteen. MathWorksin graafinen ohjelmointikieli on suosittu yhdessä SimuLink-mallien kanssa, mutta TIOBE-listaa ylläpitävien mukaan MATLABin ongelma on se, ettei kieli kehity kovin paljon eikä riittävän nopeasti. Lue lisää etn.fi/13447.

AMD:N UUSIN HAASTAA INTELIN LÄPPÄREISSÄ AMD:n uusi Ryzen PRO 6000 -suoritinsarja sisältää alkuun kahdeksan prosessoria, jotka skaalautuvat 6 nanometrin prosessissa valmistettuina 6 ytimen piiristä 8 ytimen tehosiruihin. AMD on samalla trimmannut suoritinytimiä, jotka tunnetaan nyt nimellä Zen 3+. Uusi ydin lupaa parhaan suorituskyvyn wattia kohti. Lue lisää etn.fi/13446.

KELLOSIGNAALIA TULEVILLE PCIe6-LAITTEILLE

Kiinteän akun energiatiheys on noin kaksi kertaa tavallisten litiumioniakkujen energiatiheyden luokkaa.

Latausaika on huomattavasti lyhyempi erinomaisen lataus/purkaussuorituskyvyn ansiosta. Lisäksi materiaalit ovat selvästi halvempia.

Renesas kertoo tuovansa markkinoille ensimmäiset piirit, joilla voidaan taata tulevien PCIe Gen 6 -laitteiden ajoitus. Kaikkiaan Renesas lanseeraa 11 uutta kellopuskuria ja 4 uutta multiplekseria. PCIe6 tukee 64 GT/s:n tiedonsiirtonopeuksia ja näissä nopeuksissa esimerkiksi kellosignaalin värinälukeman (jitter) pitää olla alle 100 femtosekuntia (RMS).

Lue lisää etn.fi/13439.

11

digi

UUTISET

PAINEANTURI HAVAITSEE MUUTAMAN SENTIN MUUTOKSEN KORKEUDESSA Jos halutaan seurata vaikkapa dronen lentokorkeutta tai reitin korkeuseroja kuntoilussa, helpointa se on ilmanpainetta mittaamalla. Bosch Sensortech on esitellyt anturin, joka mittaa ilmanpainetta 7,6 mikro-g:n tarkkuudella. Tämä vastaa tuhannesosaa hyttysen painosta.

BMP581-anturi pystyy näin havaitsemaan vain muutaman sentin muutokset korkeudessa. Anturin virrankulutus on lisäksi äärimmäisen alhainen, joten se sopii käytettäväksi kaikissa puettavissa laitteissa, kuulokkeissa tai IoT-laitteissa.

Erittäin suuren tarkkuuden ansiosta

anturilla voidaan seurata esimerkiksi punnerruksessa tapahtuvia pystysuuntaisia liikkeitä. Lisäksi se voi tarjota erittäin tarkkoja sijaintitietoja sisätilojen paikantamista tai navigointia varten. Anturin data kertoo esimerkiksi hätäpuheluissa suoraan, missä kauppakerroksen kerroksessa apua tarvitaan.

Anturi voi merkittävästi parantaa lennon vakautta ja laskeutumistarkkuutta droneissa ja auttaa havaitsemaan auttaa havaitsemaan vedenpinnat kodinkoneissa vesivahinkojen välttämiseksi.

BMP581 tarjoaa erinomaisen suhteellisen tarkkuuden (+/-0,06 hPa). Absoluuttinen

tarkkuus on +/-0,3 hPa, ja se on saatavilla laajalla mittausalueella 300 hPa 1100 hPa. BMP581:ssä on tyypillinen lämpötilakertoimen offset (TCO) vain +/-0,5 Pa/K ja alhainen RMS-kohina (0,08 Pa @ 1000 hPa).

Verrattuna edelliseen Boschin ilmanpaineantureiden sukupolveen (BMP390) BMP581 kuluttaa 85 prosenttia vähemmän virtaa. Kohina on 80 prosenttia pienempi ja lämpötilamuutoksista aiheutuva mittavirha 33 prosenttia pienempi.

Tyypillinen vain 1,3 mikroampeerin virrankulutus 1 hertsin näytteistyksellä pidentää merkittävästi akun käyttöikää, kun taas syvä valmiustila (deep standby) kuluttaa virtaa vain 0,5 mikroampeeria.

10-nastainen LGA-kotelo on mitoiltaan vain 2,0 x 2,0 x 0,75 millimetriä.

LADATTAVA QI-LAITE PITÄÄ TUNNISTAA VARMASTI Qi on noussut pienten laitteiden langattoman lataamisen de facto -standardikdi. Wireless Power Consortiumin uusin standardi on jo viime vuonna hyväksytty Qi 1.3. Se edellyttää, että latauslaite tunnistaa varmasti ladattavan laitteen. Microchip on tuonut tarjolle näiden laitteiden turvallisen autentikoinnin.

Microchip on lanseerannut TrustFLEX ECC608- ja autoteollisuuden Trust Anchor TA100-piirit Qi 1.3 -lähetinpiirien rinnalle. Kyse on suojatusta allin-one -tallennusalijärjestelmästä, joka tukee suojattujen avainten käyttöä laitteiden autentikoinnissa. Tämä pitää sisällään X.509-varmenteet, joilla voidaan varmistaa salausteknisesti sertifioidun teholähettimen lähde ja laatu.

Vastaanotin esimerkiksi matkapuhelimessa, joka on sijoitettu Qi 1.3 -teholähettimeen, voi aluksi hyväksyä 5 watin

12

latauksen tai hylätä sen. Onnistuneen X.509-pohjaisen ECC-todennuksen jälkeen, joka osoittaa, että laturi on hyväksytty, puhelin voi hyväksyä latauksen 15 watin teholla. Tämä lyhentää latausajan kolmannekseen.

Microchip on nyt WPC-konsortion lisensoitu valmistusvarmentaja (CA), joka ei tarjoa vain esikonfiguroituja suojattuja tallennusalijärjestelmäratkaisuja, vaan se huolehtii myös Qilatauslaitteiden koko avainprosessin WPC-juurivarmentajan kanssa

asiakkaidensa puolesta.

Laitevalmistajille Microchip tarjoaa valmiin sertifioidun referenssisuunnittelun, joka sisältää sovellusohjaimen, Qi 1.3 -ohjelmistopinon, turvalliset tallennusalijärjestelmät ja ratkaisua tukevat salauskirjastot sekä provisiointipalvelut auto- ja kuluttajasovelluksiin.

Lisätietoja alustasta löytyy Microchipin sivuilta.

ETNdigi - 1/2022

NOPEINKIN ETHERNETLINKKI KUNTOON

HYPERRAM-MUISTIN NOPEUS KASVAA KAKSINKERTAISEKSI Taiwanilainen Winbond on yhdessä Infineonin kanssa esitellyt kolmannen polven HyperBUS-väylää hyödyntävät HyperRAM-muistit.

Kaksi kertaa edeltäjiä nopeampi tiedonsiirto perustuu laajennettuun HyperBus-liitäntään, jossa on 22 nastaa. Winbond tarjoaa jo laitevalmistajille näytteitä 256 megatavun HyperRAM 3.0 -piireistä.

Lue lisää etn.fi/13438.

HUIPPUTEHOKAS KYTKIN 5G-TUKIASEMIIN

Ethernetiä määritellään useilla alistandardeilla ja laitevalmistajan on varmistuttava siitä, että kaapelikokoonpano vastaa haluttua. Rohde & Schwarz on tuonut vektoripiirianalysaattorilleen tuen IEEE 802.3 standardin eri nopeusluokille aina ck-varianttia myöten.

ZNrun-alusta automatisoi IEEE 802.3-standardeihin pohjautuvien kaapelikokoonpanojen kaapeleiden ja taustalevyjen yhteensopivuustestit. Ratkaisu tukee 802.3bj-, by-, cd- ja ck-standardeja, joista kaksi ensimmäistä tukevat 25 gigabitin,

kolmas 50 gigabitin maksimikaistaa.

Ck-variantti kaksinkertaistaa tiedonsiirtonopeuden edelleen 100 gigabittiin linjaa kohti.

ZNrun ohjaa vektoripiirianalysaattoria ja Rohde & Schwarzin kytkentäratkaisua, joka mahdollistaa nopeiden Ethernet-kaapelikokoonpanojen automaattisen testauksen.

Tämä vähentää huomattavasti testausaikaa ja mahdollisten virheiden syntymistä verrattuna manuaalisiin testausmenetelmiin.

Lisätietoja ZNrun -alustasta täältä.

TUTKAT JA KAMERAT TÄYSIN LINJAAN Uusissa autoissa on useita erilaisia anturijärjestelmiä, joiden kameroiden ja tutkien täytyy olla linjattu samaan suuntaan. Fraunhoferinstituutti on esittellyt uudenlaisen tutkaheijastimen anturijärjestelmien kalibrointiin.

Automatisoidut ajoneuvot käyttävät useita antureita havainnointiin, ja kamera- ja tutka-anturien kohdistus on tarkistettava, jotta ne eivät "katso" eri suuntiin. Fraunhofer FHR:n kehittämää aktiivista

ETNdigi - 1/2022

tutkaheijastinta voidaan käyttää yhdessä Image Engineeringin optisen testikaavion kanssa kalibrointiin ja kohdistuksen tarkistamiseen.

Heijastimen suunnittelusta johtuen optinen kalibrointimerkki ja tutkaheijastus näkyvät täsmälleen samassa kulmassa. Tämä mahdollistaa anturijärjestelmien tarkan kohdistuksen, mikä lisää ADAS-järjestelmän luotettavuutta ja turvallisuutta.

Kalifornialainen Menlo Micro tunnetaan MEMS-pohjaisista kytkinpiireistään, jotka ovat monin tavoin perinteisiä releitä suorituskykyisempiä. Yhtiön uusin kytkin on MM5140, joka tuo yhtiön mukaan asiakkaille alan parhaan tehotiheyden, RF-suorituskyvyn ja luotettavuuden 5G-verkkoihin aina 6 gigahertsiin asti. M5140-kytkin tuo 25 watin tehon tärkeisiin mid band -alueen 5Gtukiasemiin. Lue lisää etn.fi/13434.

CADMATIC PALKKAA 100 LISÄÄ 3D-suunnitteluohjelmistoja kehittävä Cadmatic teki viime vuonna ennätysliikevaihtonsa. 28,3 miljoonan euron liikevaihto oli 10 prosenttia koronan leimannutta edellisvuotta korkeampi. Yhtiö on kovassa kasvussa ja aikoo toimitusjohtaja Jukka Rantalan mukaan palkata tänä vuonna 100 uutta osaajaa riveihinsä. Kasvu oli erityisen vahvaa Cadmaticin prosessiteollisuussegmentissä, missä liikevaihto kasvoi yli 30 prosentilla.

Lue lisää etn.fi/13433.

AUTOON TULEE 50 GIGABITIN OPTINEN VERKKO Uusi IEEE 802.3cz-standardi on edennyt jo äänestysvaiheeseen. Se nostaa autojen sisäisen optisen verkon nopeuden jopa 50 gigabittiin sekunnissa. Autoteollisuuden 802.3cz-standardiluonnos määrittelee nopeudet alkaen 2,5 Gb/s aina 50 Gb/s asti.

OM3-luokan kuidulla. OM3-luokka on valittu, koska sitä käytetään jo laajasti datakeskuksissa, ja sitä käytetään myös monissa haastavien olosuhteiden kohteissa.

Lue lisää etn.fi/13429.

13

digi

POLTTOPISTEESSÄ

VIRTUAALISIA KAKSOSIA

Digitaalisesta kaksosesta on puhuttu jo vuosia. Dassault Systèmes puhuu virtuaalisesta kaksosesta. Siinä luodaan jotain, mitä ei ole vielä olemassa. Tulevaisuudessa suunnittelu useilla aloilla perustuu virtuaaliseen kaksoseen.

Dassault Systèmesin Pohjoismaiden myyntijohtaja Thomas Lindström perustelee konseptia tutun oloisesti.

- Autamme asiakkaitamme kehittämään kestävämpiä tuotteita ja ratkaisuja, ja parantamaan toimitusketjuja.

Verkosta löytyvät määritelmät eivät auta tekemään eroa digitaalisen ja virtuaalisen kaksosen välille. Digitaalista kaksosta kuvataan jopa fyysisen objektin tai prosessin virtuaaliseksi esitykseksi.

Annetaan siis Lindströmin selittää.

- Digitaalisessa kaksosessa tehdään digitaalinen kopio tai esitys jostakin todellisesta. Tämä voi olla tuote, ratkaisu, talo, mitä tahansa. Siihen voidaan lisätä erilaista informaatiota ja dataa.

- Virtuaalisessa kaksosessa luodaan jotain, mitä ei ole vielä olemassa. Siinä käytetään mielikuvitusta luomaan uusia asioita ja ratkaisuja. Siinä voidaan

14

testata, simuloida ja rakentaa asioita ennen kuin ne ovat olemassa.

Tavallaan digitaalinen kaksonen on osa virtuaalista kaksosta. Jos tehdään digitaalinen kaksonen tehtaasta, voidaan se mallintaa nykyisillä tuotantolaitteilla. Jos halutaan selvittää, miltä tulevaisuuden tehdas näyttää, se ei ole digitaalinen kaksonen vaan virtuaalinen.

3D-MALLISTA LIIKKEELLE Tyypillisesti liikkeelle lähdetään CADdatasta. Rakennetaan tehtaan 3D-malli jollakin työkalulla tuotetusta CADdatasta. Malliin voidaan tuoda esimerkiksi robottien CAD-malleja, tuotantolaitteita tai työvälineitä, Lindström selventää.

Virtuaalisessa kaksosessa on kyse rakentamisesta, mallintamisesta ja simuloinnista, ja se voidaan tehdä hyvin

monilla eri alueilla. Lindström ottaa esimerkiksi uuden akkutehtaan, jonka voi mallintaa sen mukaan, miten sen toiminta on ajateltu. Sen jälkeen voidaan simuloida työnkulkua erilaisilla linjoilla.

Voidaan optimoida ja tasapainottaa tuotanto, ja nähdä mihin kannattaa sijoittaa varasto, jopa se, miten trukkien kannattaa liikkua.

- Iso etu on se, että virtuaalisia kaksosia voidaan rakentaa rajattomasti. Voidaan testata suuri joukko mahdollisia skenaarioita, jotta oikea malli löydetään.

Lindströmin mukaan tämä on jo täyttä totta. - Monet asiakkaamme rakentavat 3D-malleja. Virtuaalisen kaksosen ei tarvitse olla 3D-malli vaan se voi olla myös datapohjainen ja esittää esimerkiksi toimitusketjua. Tuotteella voi olla vaikkapa sata eri alihankkijaa ja malliin voidaan sisällyttää erilaisia parametreja, jotka kuvaavat vaikkapa alihankkijan

ETNdigi - 1/2022

tehtaiden sijaintia. Näille voidaan ottaa malliin mukaan vaihtoehtoisia toimittajia.

On ilmeistä, että datan avulla voidaan saavuttaa monenlaisia hyötyjä. Voidaan simuloida, mitä tapahtuu, kun vastaan tulee toimitusvaikeuksia. Mitä tapahtuu, jos jonkun alihankkijan tehdas suljetaan tai Kiinassa tulee vaikeuksia tullissa?

- Voidaan jopa simuloida tuotannon siirtoa Kiinasta takaisin Suomeen, Lindström esittää.

luomaan vaikkapa asennusohjeita.

Dassault Systèmesin alusta on avoin eli siihen voidaan tuoda hyvin monenlaisia tiedostoja. - Meillä on paljon erilaisia rajapintoja. Voidaan käyttää esimerkiksi Siemensin CAD-tiedostoja. Muiden työkalujen haittana on kuitenkin tiedostopohjaisuus. Alustallemme voidaan tuoda tiedostoja, mutta enemmän hyötyjä saa, jos työskentelee

- Sen avulla voidaan vaikkapa simuloida yhden kaupunginosan liikennettä, kuinka ihmiset liikkuvat, millainen sähköntarve on tai mitä tapahtuu, jos vedenpinta nousee puoli metriä, Lindström kuvaa.

Toinen tärkeä alue on tuotteiden elinkaaren seuranta ja tuotteen kestävyyden arviointi. Siihen virtuaalinen kaksonen on erinomainen työkalu.

- Kenenkään muun työkaluilla ei voida

Parhaimmillaan virtuaalinen kaksonen kertoo, mitkä ovat vaikutukset talouteen, toimitusaikoihin tai tuotannon päästöihin.

Se voi olla korvaamaton liikkeenjohdon ja liiketoiminnan työkalu.

EI TIEDOSTOJA, VAAN MALLEJA Dassault Systèmesillä kaikki lähtee 3DExperience-alustasta. Se on yhtiön tärkein tuote, suunnittelu- ja yhteistyöalusta. - Sen sisällä ovat CAD-työkalumme, joissa rakennetaan 3D-mallit. Näitä työkaluja, esimerkiksi Catiaa, useimmat autoteollisuuden asiakkaat käyttävät, Lindström kertoo.

Täysin saman voi tehdä robotille.

Voidaan 3D-mallintaa, miltä tulevaisuuden robotti näyttää. Siihen rakennetaan liikeradat, ohjausratkaisut ja koko järjestelmä, joka vaikuttaa robotin toimintaan. Tarkka mallinnus tuottaa "järjestelmien järjestelmän", joka pitää sisällään elektroniikan, ohjelmistot ja laitteistot. Tätä kokonaisuutta voidaan simuloida.

Lindströmin mukaan tälle mallintamisen alueelle on tullut monia pieniä nicheyrityksiä, jotka osaavat tiettyjä osaalueita. Joillakin on hyvää CADosaamista, joillakin tuotanto-osaamista, toisilla kokemusta toimitusketjun rakentamisesta tai simuloinnista. Nämä ratkaisut ovat kuitenkin tiedostopohjaisia.

Tämä tuo mukanaan rajoituksia. - Tämä tarkoittaa jotain tiettyä tiedostoformaattia, jolla data pitää tarkistaa tai siirrellä edestakaisin.

- Me olemme kehittäneet alustan, jossa kaikki nämä osa-alueet toimivat samassa tietokannassa. Datarakenteemme on mallipohjainen. Tämän ansiosta robotin kanssa voidaan työskennellä heti, kun datakannassa on jotain. Voidaan ryhtyä

ETNdigi - 1/2022

mallipohjaisen datan kanssa. Tältä osin olemme varmaan viisi vuotta edellä kilpailijoitamme, Lindström arvioi.

TAVALLAAN VANHA IDEA Virtuaalinen kaksonen on tavallaan evoluution tulosta. Dassault Systèmesillä oli virtuaalisen prototyypin idea jo 1990luvulla. Tuolloin se tarkoitti tuotteen virtuaalista mockup- eli puumallia. Sen jälkeen tämän idean ympärille on rakennettu koko joukko erilaisia ratkaisuja.

– Me ryhdyimme ensimmäisenä puhumaan tuotteen elinkaaren hallinnasta ja sitten kehitimme 3DExperience-alustan, Lindström kertoo.

Digitaalisen tai virtuaalisen kaksosen termi tuli enemmän markkinoilta. - Kun siitä alettiin muutama vuosi sitten puhua, huomasimme että meillähän oli jo tällainen ratkaisu olemassa.

Tällainen virtuaalinen suunnittelu on tulossa lähes kaikille eri aloille. Jos puhutaan esimerkiksi älykaupungeista, Dassault Systèmes on rakentanut Singaporen kaupungista virtuaalisen kaksosen.

nähdä jo suunnitteluvaiheessa, kuinka paljon sähköä laite tai laitos tulee kuluttamaan, miten se kannattaisi valmistaa, Lindström muistuttaa.

Työkalusta on erilaisia lisenssimalleja erikokoisille asiakkaille. Pienempiä asiakkaita varten on rakennettu kumppaniverkosto. Lisäksi 3DExperience on julkistettu pilviversiona, joten pienelle asiakkaalle on suhteellisen helppoa testata tekniikkaa. Voi kokeilla SaaStyyliin asioiden tai tuotteiden mallintamista ja rakentaa, simuloida ja testata omia virtuaalisia kaksosiaan.

- Enää ei tarvita monen miljoonan investointeja, jotta voi käyttää tällaisia työkaluja. Riittää, että rakentaa pilvipohjaisen ympäristön. Se onnistuu hyvin helposti ja tuottaa nopeasti hyötyjä, Lindström päättää.

LISÄTIETOJA Dassault Systèmesin 3DExperience-alusta

Kuvat: Dassault Systèmes

15

digi

POLTTOPISTEESSÄ

HUAWEI LUOTTAA SUOMAL ÄLYKELLOTEKNOLOGIAAN

Suomessa kehitetyn TruSport-algoritmin ansiosta Huawein älykellot ovat mittaustarkkuudeltaan markkinoiden parhaimmistoa. Laadun taustalla on monipuolinen ja rajoja rikkova asiantuntijayhteistyö.

Useat Huawei-tuotteet, kuten yhtiön uusin Watch GT Runner -urheilukello, hyötyvät merkittävästi suomalaisesta tutkimus- ja tuotekehitystyöstä. Helsingin Ruoholahdessa sijaitsevassa Huawein tutkimus- ja tuotekehityskeskuksessa työskentelee 350 henkilöä, jotka keskittyvät esimerkiksi tietoturvaan, 5G-teknologiaan sekä puettavien laitteiden urheilu- ja terveysominaisuuksiin. Terveysteknologian testaamista varten tutkimuskeskuksessa on jopa ihmisen liikkumista

16

ja suorituskykyä tutkiva laboratorio.

Huawein Principal Research Scientist, tohtori Petri Wiklund näkee, että Suomessa olosuhteet huipputeknologian kehittämiseen ovat otolliset monesta syystä.

- Suomessa panostetaan tuntuvasti tutkimukseen, ja toimintakulttuuriin on sisäänleivottu akateemisen yhteistyön tekeminen. Täällä on käytettävissä

harvinaisen kattava yhdistelmä viimeisintä teknologiaa, kokeneita tutkijoita ja insinöörejä sekä maailman kärkitasoa olevia yliopistoja.

Huawei on tehnyt tutkimusyhteistyötä merkittävien suomalaisten toimijoiden, kuten Jyväskylän yliopiston liikuntatieteellisen tiedekunnan sekä Kilpa- ja huippu-urheilun tutkimuskeskus KIHU:n omistaman Sports Lab Oy:n kanssa.

Wiklundilla itsellään on pitkä historia

ETNdigi - 1/2022

LAISEEN

laskee harjoittelun aiheuttaman kuormituksen ja harjoitusvaikutuksen sekä reaaliaikaisen suorituskyvyn ja palautumisajan erilaisista harjoitustyypeistä, Wiklund sanoo.

- Harjoittelussa kulutetut kalorit lasketaan useiden käyttäjäkohtaisten tekijöiden perusteella, ja TruSport-algoritmin ansiosta Huawei Watch -kellomallit ovat mittaustarkkuudeltaan alan parhaimmistoa, hän lisää.

Algoritmi mahdollistaa Huawei-kelloille myös maksimaalisen hapenottokyvyn (VO2max) arvioinnin. Maksimaalinen hapenottokyky kertoo hengitys- ja verenkiertoelimistön kyvystä kuljettaa happea maksimaalisessa rasituksessa – eli käytännössä käyttäjän aerobisesta kunnosta. TruSport-algoritmi arvioi VO2max-arvon analysoimalla käyttäjän kävely- tai juoksuvauhdin ja sydämen sykkeen suhdetta.

suus terveellisistä elämäntavoista kasvaa jatkuvasti.

- Ihmiset haluavat mitata ja seurata omaa terveyttään, unensa laatua ja liikuntaaktiivisuuttaan. Älykelloista on tullut keskeinen teknologia päälle puettavien terveyden- ja kuntoilunseurantalaitteiden markkinoilla, tutkija pohtii.

Kuluttajat arvostavat erityisesti tiettyjä ominaisuuksia älykelloissa – ja osaavat niitä myös jo vaatia.

- Reaaliaikainen sykemittaus sekä kuntoilun ja suorituskyvyn seuranta ovat halutuimpia ominaisuuksia älykelloissa.

Muita arvostettuja ominaisuuksia ovat unen ja palautumisen seuranta. Myös akun kestoa pidetään tärkeänä, ja siksi Watch GT 3:ssa on tehokas akku, joka kestää jopa 14 päivää 46 mm:n mallissa ja jopa 7 päivää 42 mm:n mallissa, Wiklund päättää.

HUIPPUOMINAISUUKSIA LAATUA ARVOSTAVALLE Urheiluun keskittyvien ominaisuuksien ohella Huawein älykellot ovat monipuolisia älykelloja, joiden kaikki toiminnot on tehty tukemaan aktiivista ja tuottavaa arkea sekä yleistä hyvinvointia.

terveyteen liittyvän akateemisen tutkimuksen parissa esimerkiksi Jyväskylän ja Oulun yliopistoissa sekä Lontoossa ja Kiinassa.

KAIKEN YTIMESSÄ ON TRUSPORT-ALGORITMI Huawein suositut Watch GT 3- ja Watch GT Runner -kellot käyttävät urheilutoimintojen seurantaan erityistä TruSportalgoritmia, joka on kehitetty Suomessa.

TruSport vastaa muun muassa käyttäjän fyysisen aktiivisuuden ja harjoittelun seurannasta.

- TruSport-algoritmi määrittelee muun muassa yksilölliset, käyttäjän kuntoon perustuvat dynaamiset harjoittelualueet sekä arvioi ja seuraa käyttäjän aerobisen kunnon kehittymistä. Lisäksi algoritmi

ETNdigi - 1/2022

- Esimerkiksi uusimmassa, ennen kaikkea juoksijoiden tarpeisiin kehitetyssä Watch GT Runner -kellossamme on tietysti laajat harjoitustoiminnot, tarkka sykkeenmittaus ja SpO2-mittaus. Pakettia kuitenkin täydentävät monet muut huippuominaisuudet, kuten unen seuranta, viittä satelliittijärjestelmää hyödyntävä paikannus, jopa kahden viikon akkukesto, sisäinen tallennustila musiikille sekä Bluetooth-kuulokkeiden ja -kaiuttimien tuki, Wiklund toteaa.

- Jokaisen Huawei Watch GT -valikoiman kellon viimeistelevät myös huippuluokan materiaalit ja moderni, tyylikäs muotoilu, hän jatkaa. ÄLYKELLOJEN KYSYNTÄ KASVAA Vuonna 2020 myytyjen älykellojen määrä oli maailmanlaajuisesti noin 115 miljoonaa kappaletta – ja sen odotetaan nousevan yli 258 miljoonaan vuoteen 2025 mennessä. Wiklundin mukaan tämä liittyy vahvaan trendiin, jossa ihmisten tietoi-

Suomessa olosuhteet huipputeknologian kehittämiseen ovat otolliset monesta syystä, näkee Huawein Principal Research Scientist tohtori Petri Wiklund.

17

WHAT IF A MORE PRECISE SENSOR COULD SAVE LIVES? When you can test and treat individuals with cellular precision, you can begin to diagnose the health of whole populations more accurately. ADI’s breakthroughs in precision sensing are helping us detect disease more quickly and reliably than ever before possible. Which is helping save lives in ways never before imagined.

Analog Devices. Where what if becomes what is.

See What If: analog.com/WhatIf 18

ETNdigi - 1/2022

KOLUMNI

40 digi

VUOTTA MITTAUSTA

Kaukomarkkinoilla toimenkuvaani sisältyi tuolloin uuden teknologian NMTpuhelimien (Panasonic) tukipalvelut.

Osasto oli siihen saakka toiminut lähinnä LA- ja VHF- radioiden kanssa. Olin ensimmäistä kertaa modernien testauslaitteiden kanssa tekemisissä tyyppihyväksyntäkäyntien myötä silloisessa Posti- ja Lennätinlaitoksessa Lauttasaaressa. Melko alkuvaiheessa tilattiin myös työkalut omaan työpisteeseen.

Näihin kuuluivat Hewlett Packardin RFgeneraattori, -analysaattori ja audiolähde/mittauslaite. Näitä ohjattiin GPIBväylä kautta HP-85-tietokoneella.

Kasettiasemalta ladattavat testiohjelmat tulivat Panasonicilta.

Vuonna 1984 osastolle haettiin RFosaavaa myyntineuvottelijaa. En hakenut paikkaa, mutta elektroniikkaosaston vetäjä marssi luokseni työpaikkailmoituksen kanssa kysyen, haluaisinko kokeilla myyntihommia? Vastasin myöntävästi seuravana päivänä. Enpä tuolloin arvannut, että matka tulisi kestämään lähes 40 vuotta.

Marconin pienikokoinen signaaligeneraattori 2022 oli aluksi myydyin malli, mutta parempaa oli luvassa. Nokia oli Salossa aloittanut matkapuhelimien valmistuksen NMT-verkkoon ja heidän Meriniityn ensimmäisestä rakennuksesta tulikin vierailujeni vakituinen kohde.

Ensimmäinen tapaaminen oli meille molemmille uusi kokemus ja aiheutti pientä hämmennystä: mitä tässä nyt pitäisi tehdä? Pian palaset kuitenkin loksahtivat paikalleen ja meistä tuli todella hyvät ystävät vuosiksi eteenpäin.

Marconin radiomittapaikka 2955 julkistettiin vuonna 1985. Siihen asti mittapaikoissa oli jokainen instrumentti varustettu omalla mittarilla tai näytöllä, omilla säädöillään ja asetuksillaan, mikä teki etupaneelista kookkaan ja jossain tapauksissa sekavan. 2955:ssa kaikki oli koottu yhdelle kuvaputkinäytölle. Näytön vieressä oli valintapainikkeet, joilla testit valittiin. Niiden vieressä numeronäppäi-

ETNdigi - 1/2022

Vuosi oli 1981. Valmistuin Helsingin Teknillisestä Oppilaitoksesta pääaineena langaton tietoliikenne ja aloitin ensimmäisessä työpaikassani Kaukomarkkinat Oy:llä. Yli 40-vuotisen uran aikana olen päässyt näkemään monta teknologista murrosta NMT:stä 5Gverkkoihin, kertoo mittausalan emeritus Osmo Patteri. met suureineen asetuksia varten ja alapuolella ylös/alas-painikkeet karkeaa säätöä varten sekä nuppi hienosäätöön.

Laitteessa oli yksi tuloportti, mihin voitiin liittää sekä vastaanotin ja lähetin sekä herkempi portti, jossa voitiin käyttää esimerkiksi antennia radion testaamiseen ilmateitse. Pienikokoisena ja helposti kannettavana oiva laite. Niitä meni radiolaitteiden maahantuojien, kauppiaiden ja suurten yritysten kunnossapitopajoihin.

Mallitarjonta kasvoi huimaa vauhtia ja pian mukana oli myös verkkosimulaattorit mm. NMT-, AMPS-, TDMA- ja kohta myös GSM- sekä TETRA-teknologioita varten. Näiden avulla puhelintestaukseen tuli mukaan signalointi, joka mahdollisti päätelaitteella soittamisen tai saapuvaan puheluun vastaamisen mittapaikan kanssa.

Noihin aikoihin 3G alkoi näkyä julkisuudessa. IFR/Marconi rummutti TDMA:n puolesta, mutta WCDMA vei voiton, eikä meillä ollut ensimmäistäkään testauslaitetta tarjolla erityisesti tähän käyttöön.

Tästä ja monesta muustakin syystä IFR ajautui taloudellisiin vaikeuksiin ja 2002 amerikkalainen Aeroflex osti IFR:n omistajiltaan.

2003 Aeroflex julkisti ensimmäiset omat PXI-tuotteensa. Näihin kuuluivat signaaligeneraattori ja -analysaattori paikallisoskillaattoreineen sekä tukituotteina kytkinmoduuli ja kontrolleri. Nokian matkapuhelintuotannossa muutama rohkea halusi saada tuotteita kokeiluun.

Se oli menoa. Hyvin pikaisesti PXItuotteet otettiin tositoimiin ensimmäiseksi koetuotannossa ja myöhemmin laajemmin kaikkialla missä tuotantolinjat olivat. Myös alihankkijat lähtivät näihin myöhemmin mukaan. Tuotekehityskin

hankki jokusen laitteiston varmistaakseen puhelimien testattavuuden tuotannossa.

PXI:n tärkein etu oli testausnopeus.

Valmistajat luopuivat mittapaikan käytöstä, koska soittoprosessi oli hidas ja todettiin, että protokolla on osa laiteohjelmistoa. Mikäli puhelin käynnistyy ilman virheilmoituksia niin ohjelmiston täytyy olla kunnossa. Näin koesoitot jäivät vain osaksi pidempiä näytetestejä, joita satunnaisesti tehtiin tuotannosta otetuille yksilöille. Testejä nopeuttava apu löydettiin myös siitä, että matkapuhelin saatiin tekemään standardista poikkeavia asioita. Tämä onnistui puhelimeen sulautetulla testiohjelmalla, jolle PXI tarjosi täyden tuen ohjelmoitavien mittausrutiinien osalta.

Maahantuojien (Metric, Profelec ja Tampereen Sähköpalvelu) aikana tuotepalettini kasvoi osin muuallekin kuin RF-teknologiaan. Mukaan tulivat kaapelitestaus, teholähteet ja esimerkiksi keinokuormat. Ehkä merkittävin uusi alue oli droonien havainnointi- ja torjuntakaluston tulo vuonna 2017. Saksalainen Aaronia oli hyödyntänyt reaaliaikaspektri- ja antenniosaamistaan näiden laitteiden suunnittelussa. Tämän aihealueen kanssa työ jäi pahasti kesken jäädessäni eläkkeelle 1.4.2022. Muut saavat jatkaa.

Kiitos!

Kirjoittaja Osmo Patteri teki yli 40-vuotisen uran mittausbisneksessä.

Hän jäi eläkkeelle Tampereen Sähköpalvelusta 1.4.2022.

19

LISÄÄ VIRTAA BITTIEN SEASSA

Christopher Gobok Analog Devices

IEEE:n Power over Ethernet 2 -standardi, joka tunnetaan myös nimellä 802.3bt (ja aiemmin tunnettiin nimellä PoE++), täytti juuri 3 vuotta ja sen käyttö kasvaa koko ajan. Työnantajat ovat hyödyntäneet pandemian aikana tyhjiksi jääneitä toimistoja ja päivittäneet IT-infrastruktuuria tulevaa varten.

Älykkään toimiston luominen edellyttää toimistotilan varustamista useilla Internetiin yhdistetyillä IoT-laitteilla, mukaan lukien kokoushuoneopasteet, puhelinkonferenssilaitteet ja erilaiset anturit. Älykkään toimiston etuja ovat muun muassa energiansäästö, virtaviivaistettu liiketoiminta ja ehkä tärkeimpänä työntekijöiden lisääntynyt työturvallisuus.

COVID-19 on vain lisännyt hyvin ohjattujen rakennusten lämmitys-, ilmanvaihto- ja ilmas-

20

tointijärjestelmien ja lukuisten kontaktittomien yhteiskäytössä olevien laitteiden tarvetta. Tämä on pakottanut kiinteistö- ja ITpäälliköt tekemään yhteistyötä ja ottamaan käyttöön PoE-yhteensopivia järjestelmiä. Markkinatutkimusyhtiö 650 Groupin mukaan maailmanlaajuisesti toimitettavien PoE-kytkinten ja -porttien toimitusmäärän odotetaan ylittävän 150 miljoonaa vuonna 2025.

Kun PoE 2 ratifioitiin vuonna

2018, se syötti enimmillään 71,3 watin tehoa laitteeseen (PD, powered device), mikä lähes kolminkertaisti edellisen standardin 25,5 watin tehon. PoE 2 mahdollistaa virran siirtämisen saman kaapeloinnin kautta gigabitin ethernetin kanssa, mikä luo pohjan monille eilisen, tämän päivän ja huomisen teho- ja datasyöpöistä sovelluksista.

Tällaisia ovat esimerkiksi lämpötilan etävalvontajärjestelmät ja lämpökamerat, joita käytetään työntekijöiden

ETNdigi - 1/2022

COVID-19-seulonnassa rakennusten sisäänkäynneissä.

Kuvassa 1 näkyy PoE:n peruslohkokaavio, jossa yksi PDlaite on kytketty virransyöttölaitteistoon (PSE, power sourcing equipment). Aiemmissa PoEsukupolvissa yksi virtakanava riitti syöttämään jokaista PoE-porttia.

802.3bt-standardissa tarvitaan kaksi tehokanavaa porttia kohden keskisuurille ja suurille tehotasoille. Myös suurempi tehotiheys kanavaa kohti on otettava huomioon.

Globaaleilla ethernet-markkinoilla PoE-yhteensopivien porttien määrä on lisääntynyt jatkuvasti.

Kaikki nämä tekijät ovat johtaneet siihen, että IT-osastot tarvitsevat suuria määriä korkean tehotiheyden ja suuren porttimäärän järjestelmiä, jotka kaikki vaativat viiden ysin (99,999 %) käytettävyyttä ja luotettavuutta. Markkinoilla on pitkään ollut tarve todella skaalautuvalle PoE-alijärjestelmälle, joka helpottaa suuren porttimäärän käyttöönottoa.

PoE-pioneerina, IEEE 802.3bt Task Force -työryhmän jäsenenä ja Ethernet Alliancen aktiivisena jäsenenä Analog Devicesilla on pitkä historia PSE- ja PD-ohjaintoimittajana, ja se on toimittanut markkinoille satoja miljoonia portteja. Juuri julkaistut ADI LTC9101, LTC9102 ja suuren porttimäärän LTC9103 PSE-piirisarja ja kaikki ADI:n PoE 2 PD ohjaimet antavat kehittäjille mahdollisuuden tarjota valmiita PoE 2 -järjestelmiä. Katsotaanpa tarkemmin, mikä tekee tästä uudesta alustasta erityisen tämän päivän markkinoilla.

ALUSTAPOHJAINEN LÄHESTYMINEN PSESUUNNITTELUUN Nykyaikaiset kytkinpiirit ovat erittäin monimutkaisia järjestel-

ETNdigi - 1/2022

Kuva 1. Power over Ethernet -lohkokaavio.

miä, jotka ovat yleensä alttiina ankarille ympäristöolosuhteille, kuten ylijännitteille ja kaapelipurkauksille. Silti niiden on taattava korkea järjestelmätason luotettavuus ja käytettävyys.

Aiemmissa lähestymistavoissa PSE-arkkitehtuurissa on tarkasteltu PSE-alijärjestelmän suunnit-

keammalla tasolla pakotti ADI:n suunnittelutiimit miettimään PSEparadigmaa uudelleen ja toimittamaan järjestelmätason ratkaisuja.

LTC9101/LTC9102/LTC9103 ja näiden tulevat kehitysaskeleet käyttävät tätä järjestelmätason lähestymistapaa yhdistämällä

Kuva 2. Yksinkertaistettu piirikaavio 24-porttisesta LTC9101/LTC9102/ LTC9103 PoE 2 PSE -piirisarjasta.

telua komponenttitasolla keskittyen komponenttien asteittaisiin parannuksiin, jotka eivät välttämättä optimoineet koko järjestelmän suorituskykyä. PSEalijärjestelmän tarkastelu kor-

digitaaliset ja analogiset komponentit kokonaisvaltaisesti järjestelmäintegraattorien kohtaamien PSE-haasteiden ratkaisemiseksi.

Näihin sisältyvät taulukossa 1 (seur. sivulla) luetellut haasteet.

21

• LTC9102:ssa on 12 tehokanavaa, joissa jokainen kanava syöttää kahdelle neljästä ethernet-kaapelin johdinparista virtaa kahdestatoista 30 W portista (käytettäessä yhtä tehokanavaa porttia kohti) kuuteen 90 W porttiin (kahdella tehokanavalla porttia kohden).

Taulukko 1. PSE:n järjestelmätason haasteet ja ratkaisut.

LTC9101/LTC9102/LTC9103 ovat osa itse-eristävää PSE-ohjainpiirisarjaa, joka on erityisesti suunniteltu alustasta alkaen PoE 2 -järjestelmiä varten. Kuva 2 näyttää yksinkertaistetun kaavion, jossa yksi (jopa) 48 ethernet-portista saa virtaa.

Piirisarjan uusin ominaisuus on sen integroitu eristys. Tästä johtuu piirisarjan arkkitehtuuri, jossa LTC9101 tarjoaa erillisen digitaalisen liitännän PSEisäntään, kun taas useat LTC9102- ja/tai LTC9103-piirit tarjoavat korkeajännitteisen analogisen ethernet-liitännän.

802.3-spesifikaatiot edellyttävät, että verkkoelementit, mukaan lukien PoE-piirit, on sähköisesti eristetty kotelon maadoituksesta ja PHY-osasta. Sijoittamalla

LTC9101 eristämättömälle puolelle ja LTC9102 tai LTC9103 eristetylle puolelle voidaan jopa kuusi kallista optoerotinta ja eristetty syöttö korvata yhdellä halvemmalla ja luotettavammalla 10/100 ethernet-muuntimella.

Tämä topologia johtaa paitsi kustannussäästöihin, myös kestävämpään ja valmistettavampaan PSE-suunnitteluun.

Tämä skaalautuva ratkaisu mahdollistaa suurten PSEjärjestelmien joustavan toteutuksen, jossa voi olla 4-48 porttia riippuen siitä, kuinka paljon tehoa kullekin portille tarvitaan. Jokainen suunnittelu vaatii vähintään yhden digitaalisen LTC9101ohjaimen ja yhden tai useamman analogisen LTC9102/LTC9103ohjaimen.

Kuva 3. Esimerkki LTC9102/LTC9103-toteutusesimerkistä: 24-porttinen PSE, jossa on neljä 90 W porttia ja kaksikymmentä 30 W porttia.

22

• Vastaavasti LTC9103 tarjoaa kahdeksan tehokanavaa, joita voidaan käyttää kahdeksasta 30 W portista neljään 90 W porttiin.

• Yksi LTC9101 pystyy hallitsemaan jopa neljää LTC9102 ja/tai LTC9103-piiriä, joita voidaan sekoittaa ja yhdistää. Esimerkiksi yhdellä LTC9101-, yhdellä LTC9102- ja kahdella LTC9103piirillä voitaisiin toteuttaa 24porttinen PSE, jossa on neljä 90 W porttia ja kaksi-kymmentä 30 W porttia, kuten kuvassa 3 näkyy.

IT- ja kiinteistöpäälliköt arvostavat LTC9101-ohjaimen kuudennen sukupolven digitaalisia ominaisuuksia, joihin kuuluu sisäinen eFlash-muisti laiteohjelmisto- eli firmware-päivitysten ja mukautettujen käyttäjien konfigurointipakettien tallentamiseen, taaksepäin yhteensopivuus LTC4291 4-porttisten PoE 2 PSE -ajurien kanssa ja I2C-sarjaliitäntä. LTC9101:n kentällä päivitettävät firmware-kuvatiedostot tallennetaan omaan flash-osioon, jossa täysin yhteensopiva IEEE 802.3at/bt laiteohjelmistokuva on esikonfiguroitu. Kaksi täydellistä kopiota laiteohjelmistosta säilytetään erillisissä ECC- ja CRC-suojauksissa parhaan mahdollisen tietosuojan takaamiseksi.

Kun piirisarja on käynnistetty onnistuneesti, käyttäjät voivat määrittää ja kommunikoida piirisarjan kanssa LTC9101:n I2Cliitännän kautta. Jokainen portti voidaan määrittää itsenäisesti johonkin neljästä PSE-käyttö-

ETNdigi - 1/2022

tilasta (auto, puoliautomaattinen, manuaalinen tai sammutus) ja telemetrialukemia porttivirrasta, PoE-syöttöjännitteestä ja portin tehosta voidaan käyttää järjestelmän tehonhallintaan.

kriittistä verkon käytettävyyden maksimoimiseksi.

Siinä missä LTC9101 toimii piirisarjan ”aivoina”, LTC9102/ LTC9103 ovat järjestelmän ”lihakset”, jotka tarjoavat korkean hyötysuhteen ja kestävyyden korkeajännitteiselle tehopolulle monin tavoin. Jokainen LTC9102/ LTC9103-tehokanava on toteutettu erillisellä havainnointi- ja luokituslaitteistolla. Tämän ansiosta kaikki portit voivat havaita, luokitella ja kytkeä virran päälle samanaikaisesti, mikä vähentää huomattavasti kytkimen päällekytkentäviivettä. Muut vähemmän kehittyneet PSE:t altistavat syötön kohteen havaittaville viiveille, mikä nähdään esimerkiksi ledivaloissa, jotka syttyvät sarjassa portti portilta. LTC9102/LTC9103 ohjaa kutakin tehokanavaa ulkoisen MOSFETin avulla, joten käyttäjät voivat valita alhaisen RDS (ON)-arvon komponentit, pienentää tehonkulutusta ja erottaa kanavahäiriöt. 0,1 Ω:n anturivastusten käyttö auttaa edelleen vähentämään tehonkulutusta.

PoE 2 esitteli kaksi erilaista PDtunnistuskonfiguraatiota, yhden ja kahden tunnistuksen PD:t. Yhden tunnistuksen PD (kuva 4, single signature PD) on PoE 2 -laite, joka jakaa saman virta- ja luokitustunnisteen molempien parien välillä. Kaksoistunnistelaitteessa (dual signature PD) on itsenäinen tunnistus jokaisessa parijoukossa, mikä mahdollistaa jokaisen parijoukon täysin itsenäisen luokituksen ja tehon allokoinnin.

Kahden tunnisteen PD-laitteet ovat monimutkaisia ratkaisuja, jotka maksavat kaksi kertaa niin paljon kuin yhden tunnisteen ratkaisut.

Ylivirtavikojen tai porttien oikosulun aikana LTC9102/LTC9103 poistaa tehon nopeasti noin 1 mikrosekunnissa suojatakseen PSE-, MOSFET- ja alavirtapiirejä.

Lisäksi kaikki porttiin päin olevat nastat kestävät jännitetransientteja aina +80 V tai –20 V asti ilman vaurioita. Ehkä vaikuttavin on piirisarjan kyky toimia yli ±6,5 kV:n jännitepiikin yli minimaalisilla ulkoisilla komponenteilla. Tämä on todistettu DC3160-demolevyllä IEC 61000-4-5 -spesifikaation mukaan. Minkä tahansa vian jälkeen LTC9102/LTC9103 käynnistää MOSFETin nopeasti takaisin turvallisesti rajoitetulla virralla ja minimoi häiriöt syötettävässä laitteessa, mikä on

ETNdigi - 1/2022

PoE 2 -TOPOLOGIAT, TUNNISTAMINEN JA TEHOLUOKAT

On syytä huomata, että 802.3btstandardin kaksoistunnistuslaitteet eivät vastaa esistandardissa määriteltyjä UPoE-laitteita, vaikka niillä on yhteinen arkkitehtuuri. LTC9101/LTC9102/ LTC9103-piirit tukevat vankkaa PoE 2 -tunnistusprosessia, joka sisältää uuden yhteydentarkistuksen alimenettelyn sen määrittämiseksi, mikä PD-tunnistuskokoonpano on liitetty PSE:hen.

Yhteystarkistuksen lisäksi laitteet varmistavat, että kytketty PD on laillinen, IEEE-yhteensopiva laite.

Vaikka IEEE edellyttää, että PSE:t havaitsemaan kelvolliset PDtunnisteet (25 kΩ) käyttämällä joko 2-pisteistä jännitteen tai virran tunnistusmenetelmää, LTC9101/LTC9102/LTC9103piirit toteuttavat vankemman järjestelmän käyttämällä molempia tunnistusmenetelmiä. Tätä monipisteen (useita jännitteitä ja virtoja) havaitsemisjärjestelmää käytetään väärien positiivisten tulosten poistamiseen ja sellaisten verkkolaitteiden vahingoittu-

misen välttämiseen, joita ei ole suunniteltu sietämään PoEtasavirtajännitteitä.

PoE 2 käyttää kahta johdinparia (neljä johdinta) tuottaakseen jopa 25,5 W tehon ja neljä johdinparia (kahdeksan johdinta) jopa 71,3 W tehon saavuttamiseksi. Suurempien tehotasojen lisäksi useiden johtimien käyttö tarjoaa paremman hyötysuhteen vanhemmille, alhaisemmille tehotasoille, koska kaikkien johtimien ollessa päällä kaapelin tehohäviö puolittuu.

Näin esimerkiksi PoE 1 (PoE+) PSE-syöttölaite, joka antaa 30 watin tehon, jotta syötettävä PoE 1 -laite saa 25,5 wattia, menettää 4,5 wattia yli 100 metrin CAT5ekaapelissa. Saman 25,5 watin syöttö neljällä parilla (PoE 2) vähentäisi häviön alle 2,25 wattiin ja nostaisi tehonsyötön hyötysuhteen 85 prosentista 92,5 prosenttiin. Kun otetaan huomioon PoE-laitteiden määrä maailmassa, tämä tarkoittaa erittäin suurta tehon alenemista ja monissa käyttötapauksissa jopa 7,5 prosenttia pienempää hiilijalanjälkeä.

PoE 2 -standardi esitteli neljä uutta suuritehoista PD-luokkaa, mikä nosti yhden tunnisteen luokkien määrän yhdeksään

23

taulukon 2 mukaisesti. Luokat 5-8 ovat uusia ja ne tarkoittavat 40-71,3 watin välillä olevia PDtehotasoja. PSE:t voivat edelleen valita fyysisen kerroksen (eli 71,3 W 5-tapahtuman luokituksen) tai datalinkkikerroksen (eli linkkikerroksen tunnistusprotokollan, LLDP) käyttämisen syötettävien laitteiden luokittelemiseen, ja PDlaitteen on pystyttävä tukemaan molempia luokitusjärjestelmiä.

Kannattaa muistaa, että koska jokainen parijoukko toimii itsenäisesti kaksoistunnistelaitteessa, jokainen parijoukko voi olla eri teholuokkaa. Esimerkiksi luokka 1 (3,84 W) ensimmäisessä parisarjassa ja luokka 2 (6,49 W) toisessa parisarjassa muodostaisivat kaksoistunnisteluokan 1 ja luokan 2 (10,3 W) PD-laitteet.

PoE 2 -laitteissa voidaan myös toteuttaa valinnainen laajennus fyysisen kerroksen luokitteluun, joka tunnetaan nimellä Autoclass.

Siinä PoE 2 -syöttölaite kuten LTC9101/LTC9102/LTC9103piirisarja mittaa kytketyn PDlaitteen todellista maksimitehoa.

Tämä kätevä virranhallintaominaisuus mahdollistaa "jäljellä olevan" virran jakamisen muille

Taulukko 2. PoE 2 -teholuokat ja -tasot.

24

Kuva 4. Yhden ja kahden tunnisteen PD-topologiat.

hehkulampuille, jos ne mittaavat tietyn lampun, koska kirkkaus on asetettu alhaisemmaksi tai kaapeli on lyhyempi, mikä kuluttaa vähemmän kuin luokan ilmaiseman tehon.

On sanomattakin selvää, että PoE 2 on taaksepäin yhteensopiva vanhempien 25,5 ja 13 watin PoE 1 -standardien kanssa. Pienempitehoinen PoE 1 laite voidaan yhdistää tehokkaampaan PoE 2 PSE-syöttöön ilman ongelmia.

Jos suurempitehoinen PoE 2 laite on kytketty pienempitehoiseen PSE-syöttöön, voi laite

toimia sovitussa alhaisemman tehon tilassa – tätä kutsutaan alenemiseksi. Jos PD-laite ei huomioi alentamista ja toimii suurimmalla teholla, virtaa ahnehtiva PD-laite saa PSE:n käynnistymään toistuvasti, osumaan ylivirtaansa ja sitten sammumaan. Tästä syystä sekä PoE 1- että PoE 2 -laitteet vaativat alennuksen, mutta valitettavasti se jätetään huomiotta joissakin toteutuksissa.

TEHOKKAIN PD-LAITE ADI tarjoaa useita ainutlaatuisia mikropiirejä, mukaan lukien nyt yhtiöön kuuluvan Maxim Integratedin suunnittelemat piirit, maksimoidakseen PoE 2 PD suorituskyvyn. Kuvassa 3 on yksinkertaistettu lohkokaavio tehokkaasta POE 2 -yksitunnisterajapinnasta, jossa on ulkoisen lisävirran tulo. Tämä ratkaisu tarjoaa päästä päähän (RJ-45tulosta PD-kuormaan) hyötysuhteen, joka on yli 94 prosenttia, ja se toimii -40 °C … +125 °C lämpötila-alueella.

Kuvassa 5 esitetty RJ-45liitäntään liitetty LT4321 on aktiivinen diodisiltaohjain, joka korvaa tarvittavat diodisiltatasasuuntaajat. LT4321 käyttää pienihäviöisiä N-kanavaisia MOSFET-siltoja samanaikaisesti

ETNdigi - 1/2022

Pienjännitesovellukset voivat myös hyötyä ylimääräisestä marginaalista, joka saavutetaan säästämällä lähes kaksi täyttä diodipudotusta (~1,2 V, mikä on 10 % 12 V:lla), mikä on ominaista kuumakäyntisille diodisilloille, mikä lisää sovelluksen käytössä olevaa tilaa.

JOHTOPÄÄTÖS

Kuva 5. Yksinkertaistettu lohkokaavio suuren hyötysuhteen IEEE 802.3btmääritysten mukaisesta yhden tunnisteen PD-liitännästä, jossa mukana ulkoisen tehonsyötön sisääntulo.

lisäämään PD-laitteen käytettävissä olevaa tehoa ja vähentämään lämmön haihtumista. PoE 2 edellyttää, että PD-laitteet hyväksyvät minkä tahansa napaisuuden tasavirtasyöttöjännitteet ethernet-tulojensa kautta, joten LT4321 tasasuuntaa ja yhdistää molemmista datapareista tulevan tehon yhdeksi oikeanapaiseksi syöttölähdöksi. Piirin kokonaiskoko ja kustannukset pienenevät, koska parantunut hyötysuhde käytännössä eliminoi jäähdytysvaatimuksen, ja vähintään 10kertainen virransäästö mahdollistaa PD-laitteen pysymisen luokituksen tehobudjetin sisällä tai toimintojen lisäämisen siihen.

Kuvassa 5 esitetty ihanteellinen diodisiltaohjain on PD-liitännän ”aivot”. LT4295 on PoE 2 PD liitäntäohjain, johon on integroitu tehokas forward-ohjain tai flyback-ohjain, joka ei vaadi optoerotinta. LT4295 tukee kaikkia yhdeksää PD-luokkaa integroidulla 25 kΩ tunnistusvastuksella, jopa 5 tapahtuman luokittelulla ja yhden tunnisteen

ETNdigi - 1/2022

topologialla. Sen lisäksi, että LT4295 tarjoaa enemmän PDtehoa, se saa etulyöntiaseman perinteisiin PD-ohjaimiin verrattuna ulkoisen MOSFET-virtalähteen käytön ansiosta. Se vähentää merkittävästi PD-kokonaislämpöhäviötä ja maksimoi tehon hyötysuhteen, mikä tulee entistä tärkeämmäksi PoE 2:n korkeammilla tehotasoilla.

Niille PoE 2 PD -suunnitteluille, joiden on kyettävä tukemaan ulkoista apusyöttöä, joissa PDlaitetta voidaan valinnaisesti syöttää virtalähteellä, kuvan 3 yläosassa näkyvä LT4320 on 9-72 V aktiivinen diodisilta. Se korvaa jokaisen täysaallon siltatasasuuntaajan neljästä diodista pienihäviöisellä Nkanavaisella MOSFETilla, mikä vähentää merkittävästi tehohäviötä ja lisää käytettävissä olevaa jännitettä. Virtalähteen ja seinään liitettävän adapterin kokoa voidaan pienentää, koska parantunut hyötysuhde poistaa tilaa vievien ja kalliiden jäähdytyselementtien käytön tarpeen.

PoE 2 on edelleen erittäin tärkeä kasvavilla globaaleilla ethernetmarkkinoilla, vaikka etätyön suosio kasvaa koko ajan. Pienet, keskisuuret ja suuret yritykset, jotka jälkiasentavat rakennuksiin PoE-yhteensopivia skannereita, kameroita ja muita järjestelmiä, tarvitsevat suuren porttimäärän PSE-laitteita enemmän kuin koskaan ennen. ADI:n LTC9101/ LTC9102/LTC9103 PoE 2 PSE piirisarja vastaa kysyntään antamalla kytkimien toimittajille mahdollisuuden syöttää tehokkaasti ja luotettavasti virtaa jopa 48 ethernet-porttiin samalla, kun kiinteistö- ja IT-päälliköiden käyttöön annetaan edistyneet virranhallintaominaisuudet.

Samaan aikaan kaapelin toisessa päässä PD-laitteiden kehittäjillä on edelleen käytössään useita ADI-mikropiirejä integrointiasteen nostamiseksi, lämmön vähentämiseksi ja energiatehokkuuden lisäämiseksi.

LISÄTIETOJA Analog Devices PoE -ohjaimet

25

SUORITUSKYKY JA TEHONKULUTUS TASAPAINOON

Martin Kellermann Microchip Technology

Taskuun sopiviin laitteisiin halutaan yhä enemmän laskentatehoa.

Myös useimmat FPGA-pohjaiset sulautetut järjestelmät seuraavat tätä samaa suuntausta. Kaikkialla halutaan kooltaan yhä pienempiä teollisuus- ja ammattilaiskameroita, lääketieteellisiä kämmenlaitteita, pieniä ohjelmoitavia logiikkaohjaimia sekä kuljettajan avuksi tarkoitettuja moduuleja ajoneuvoihin.

Elektroniikan kutistaminen tuo myös lisähaasteita – tärkein niistä voidaan tiivistää muotoon ’energiatehokas suorituskyky’. Jos järjestelmän suorituskykyä nostetaan, myös sen tehonkulutus yleensä kasvaa, mikä taas lisää lämpöhäviöitä. Pienimmissä 26

moduuleissa lämmön poistaminen järjestelmästä tuottaa päävaivaa, josta suunnittelijat joutuvat kokemaan päivittäin.

Moduulin jäähdyttäminen niin, että se voi luotettavasti toimia termisesti haastavissa ympäristöissä, muodostuu usein suoritus-

kyvyn pullonkaulaksi.

Tässä artikkelissa kuvataan, miten FPGA-piirit mahdollistavat seuraavan sukupolven teknologisen vallankumouksen tarjoamalla energiatehokasta suorituskykyä lukuisissa uusissa suuren ETNdigi - 1/2022

volyymin sovelluksissa kaikilla elämänalueilla.

Tekoälyalgoritmeja hyödyntävät pienikokoiset kamerat opastavat maanviljelijöitä drone-kuvien avulla, tarjoavat videoanalytiikkaa vähittäiskaupan ketjuille, laskevat matkustajien määriä kuljetusalalla sekä tunnistavat ajoneuvojen rekisterikilpiä liikenteen seurannassa ja tiemaksujärjestelmissä.

Lääketieteen alueella kannettavat ultraäänilaitteet helpottavat tutkimusresurssien tarjoamista kaikille hoitoa tarvitseville. Endoskoopit ja kirurgien älykkäät apulasit tarjoavat lääkäreille kuvia suuremmalla resoluutiolla kuin koskaan aiemmin. Myös lämpökuvaukseen perustuvat valvontajärjestelmät esimerkiksi rajojen läheisyydessä tulevat kaiken aikaa älykkäämmiksi. Syrjäisiin paikkoihin sijoitettujen järjestelmien on myös kyettävä toimimaan itsenäisesti ja pysyttävä piilossa.

Villisti runsastuneet amatööritason sisällöntuottajat lisäävät kysyntää suoratoistossa käytettäville FPGA-pohjaisille videomuuntimille. Ne antavat tekijöille mahdollisuuden muuntaa 4Ktasoisia videostriimejä minkä tahansa formaattien välillä: HDMI, SDI, USB, PCIe. Teollisuusautomaatio hyötyy sekin FPGA-pohjaisten arkkitehtuurien joustavuudesta ja FPGA-piirien yli 20 vuoden käyttöiästä. Autonkuljettajia avustavat järjestelmät puolestaan varmistavat sekä matkustajien että kuljettajien turvallisuuden tämän päivän ajoneuvoissa.

FPGA-arkkitehtuuri on kehittynyt jo pitkälle. Alun perin suorituskyvyn ja tehonkulutuksen välisestä tasapainoilusta ja käyttämisestä vain kalliiden ASIC-piirien prototyyppeinä on nyt siirrytty vaiheeseen, jossa FPGA-ratkaisuista on tulossa valtavirtaa. Ne tarjoavat erittäin luotettavan sekä kustannuksiltaan optimoidun arkkitehtuurin, jota tuetaan ETNdigi - 1/2022

Kuva 1. Dronen lennonohjaukseen tarvittavan elektronisen järjestelmän lohkokaavio.

joustavilla ja helppokäyttöisillä ohjelmistoilla.

Seuraavassa esitellään muutamia esimerkkejä käyttökohteista, joissa suojaukseltaan vahvistettua RISC-V-suoritinta hyödyntävät PolarFire-perheen FPGA:t tai SoC-piirit ovat keskeisellä sijalla.

AMMATTITASON DRONET Ammattikäyttöön tarkoitetuilla droneilla on tiukat lentoturvallisuuden vaatimukset: • Tarkka ohjaus ja paikannus, mukaan lukien törmäysten välttäminen • Suojatut viestintä- ja ohjaustaajuudet • Ennustettava lentoaika Menestyäkseen lennokkien valtavilla markkinoilla dronevalmistajien on erotuttava joukosta tarjoamalla lisäominaisuuksia kuten korkean resoluution kuvantamista ja tekoälyä.

Dronet vaativat yleensä useita antureita sekä niiden tuottamien anturitietojen esikäsittelyä ja yhdistelyä. Tiedot täytyy myös siirtää langattoman yhteyden

kautta, joten niistä muodostuu väkisin hyvin monimutkaisia järjestelmiä.

Sovelluskohteiden valikoima on erittäin laaja: maataloudessa tuotettavan viljasadon terveystilan ja kasvun valvontaa, esineiden havainnointia ja seurantaa sekä poliisin, armeijan tai palokunnan suorittamaa etäarviointia hätätilanteissa.

Lennon ohjauselektroniikan on kyettävä käsittelemään moottorien ohjaamista ja roottorien nopeudensäätöä, toimittava vuorovaikutuksessa anturien kanssa ja pystyttävä kytkeytymään etälaitteisiin. Ja kaikki tämä on hallittava koon, painon ja tehon suhteen rajoitetussa ympäristössä.

Tällaisen järjestelmän lohkokaavio voisi olla kuvan 1 mukainen.

Hyödyntämällä joustavaa FPGAarkkitehtuuria moottoreita ohjataan FOC-algoritmeilla (FieldOriented Control), jolloin ohjaus voidaan multipleksoida aikatasossa FPGA:n suorituskyvyn ansiosta. Useita moottoreita voidaan ohjata yhteisellä ohjausIP:llä, ja moottorien tarkka luku27

sien ansiosta niukasti tehoa kuluttavat lääketieteellisen kuvantamisen järjestelmät edistyvät pitkin harppauksin.

Kehityksen vetureina toimivat hoitopisteiden diagnostiikkalaitteet kuten kannettavat ultraäänilaitteet, jotka koostuvat käteen sopivasta muuntimesta, joka lukee ja lähettää sonografista dataa tavalliseen älypuhelimeen. Lähetykset voidaan hoitaa yksinkertaisella kaapelilla tai langattomasti.

Kuva 2. Kädessä pidettävän ultraäänilaitteen lohkokaavio.

määrä riippuu valitusta FPGAarkkitehtuurista.

FOC-ohjauksen suuri tarkkuus mahdollistaa moottoreiden vakaan vääntömomentin, mikä takaa tasaisemman käynnin, joka tuottaa vähemmän tärinää ja melua. Ja mikä tärkeintä, ohjaustarkkuuden ansiosta lentoaikaa voidaan pidentää vähintään 10 prosenttia verrattuna tavanomaisiin moottorinohjaimiin, jotka hyödyntävät yksinkertaisia mikroohjaimia.

Konenäön kaltaisia paranneltuja ominaisuuksia tukemaan tarvitaan lisäliitäntöjä näkyvän valon ja infrapunasäteilyn alueella toimiville antureille ja liiketunnistimille. Ne vaativat huolellista harkintaa ja erikoisosaamista.

Microchipin tarjoama VectorBloxohjelmistonkehityssarja (SDK) ja matriisiprosessointi-IP auttavat aloittelevia FPGA-kehittäjiä ottamaan käyttöön monimutkaisia neuroverkkoalgoritmeja FPGA-matriiseissa.

Tämä mahdollistaa luokittelujen ja havaintojen käsittelyn piiriosassa, joka vaatii vain erittäin niukasti tehoa. Tällä kiihdytinIP:llä ohjattavat neuroverkot on suunniteltu käyttäen standardikehyksiä (esimerkiksi TensorFlow

28

tai Caffe).

Kaikki tulokset puskuroidaan paikalliseen sisäiseen muistiin ja siirretään sen jälkeen sisäiseen langattomaan moduuliin. Se puolestaan kommunikoi operointilohkon kanssa, missä kerätyt tiedot vastaanotetaan säilytystä ja jatkokäyttöä varten.

PolarFire-piirien huippuluokan turvaominaisuudet suojaavat sekä siirrettyä dataa että itse dronea luvattomalta käytöltä.

Monimutkaisessa drone-arkkitehtuurissa, joka kattaa useita eri sovellusalueita: moottorinohjaus, lennonohjaus, kuvantaminen.

FPGA:n käyttö tuo etuja tarjoamalla mahdollisuuden yksittäisten ’tehtävien’ suorittamiseen rinnakkaismuodossa.

Ammattikäyttöön suunniteltujen drone-järjestelmien on yleensä toimittava tiukalla, enintään 5 watin tehobudjetilla. Käyttämällä PolarFire-perheen FPGA-piirejä useiden sovellusten hallintaan tehonkulutus jää alle 1,5 watin, neuroverkko mukaan luettuna.

KANNETTAVAT ULTRAÄÄNILAITTEET Miniatyrisoinnin, energiatehokkaiden reunalaskentaresurssien ja paranneltujen lämpöominaisuuk-

Nämä järjestelmät mullistavat ensiapuhenkilöstön diagnostiikkavalmiuksia ja antavat mahdollisuuden tarjota kaikille hoitoa tarvitseville apua onnettomuuspaikoilla esimerkiksi taajamien ulkopuolella. Lääkintäalan ammattilaiset voivat niiden avulla tehdä diagnostisia päätöksiä perinteisten sairaalaympäristöjen ulkopuolella.

Esimerkkitoteutus ultraäänilaitteesta nähdään lohkokaaviona kuvassa 2.

PolarFire-perheen FPGA-piirien hyödyntäminen kädessä pidettävissä lääketieteellisissä laitteissa tarjoaa järjestelmälle hyvin alhaisen kokonaistehonkulutuksen, jolloin lämpeneminen on vähäistä ja anturipää pysyy viileänä mahdollistaen näin suoran ihokosketuksen. Tämä energiatehokkuus pidentää käyttöaikaa piirille, jonka kompakti kotelo vie vain 11 x 11 millin tilan piirilevyltä ja soveltuu siten hyvin pienikokoisiinkin anturipäihin.

VIDEOMUUNTIMET Toinen sovellusalue, jolla joustavuus, vähäinen tehonkulutus ja pieni fyysinen koko ovat välttämättömiä, on videomuuntimien valtakunta. Suorituskykyiset ammattitason kamerat tarjoavat tyypillisesti vain yhden dataliitännän, mikä rajoittaa kyseistä liitäntää tukevien jälkikäsittely-

ETNdigi - 1/2022

räätälöidä omat järjestelmänsä standardoitujen räkkileveyksien ansiosta. Prosessoinnin riittävä suorituskyky on niissäkin välttämätön ominaisuus teollisen Ethernetin, HM-rajapintojen (Human-Machine), moottorinohjausten ja reaaliaikaisten käyttöjärjestelmien (RTOS) tukemiseksi.

Kuva 3. Esimerkki videomuuntimen toteutuksesta.

laitteiden valintamahdollisuuksia.

Videomuunnin tarjoaa sillan useisiin liitäntästandardeihin ja tuo näin joustavuutta jälkikäsittelylaitteiden valintaan.

Suorituskyky ei vaarannu, sillä usean gigabitin sekuntinopeuksilla toimivat lähetin-vastaanottimet tukevat useita eri protokollia. Optimoidut linjanopeudet aina 12,7 gigabitin sekuntinopeuksiin asti tukevat HDMICoaXPress-, SDI- ja Ethernetprotokollia. Muuntimet ovat kompakteja, koska jäähdytyselementtejä ja tuulettimia ei enää tarvita. PolarFire-teknologiaan perustuvien videomuuntimien tehonkulutus on alle parin watin luokkaa.

Hyvin pieni staattinen tehonkulutus mahdollistaa laitteen säilymisen viileänä, mikä edesauttaa lämmönhallinnan suunnittelua. Korkeasta resoluutiosta ei tarvitse tinkiä, sillä jopa 4Ktasoista kuvadataa 60 kuvan sekuntinopeudella voidaan helposti käsitellä vastaanottimien MIPI CSI-2 -liitännöillä, jotka tukevat natiivisti jopa 1,5 gigabitin sekuntinopeuksia.

Kuvassa 4 nähdään yleistasoinen lohkokaavio tällaisesta järjestelmästä, joka perustuu PolarFireperheen SoC-piiriin (System on Chip). Kyseessä on ensimmäinen FPGA-SoC, joka on rakennettu neliytimisen RISC-V-suorittimen ympärille. PolarFire SoC tukee natiivisti epäsymmetristä moniprosessointia (AMP) sekä kiinteää hienojakoista välimuistien allokointia yksittäisille prosessoreille.

Tämä natiivi AMP-tuki mahdollistaa useiden tehtävien prosessoinnin yhtäaikaa. Esimerkiksi yksi suoritinydin voidaan varata

Kuva 4. Yleistasoinen lohkokaavio PLCjärjestelmästä, joka perustuu PolarFireperheen SoC-piiriin.

Kyseessä on ensimmäinen FPGA-SoC, joka on rakennettu neliytimisen RISC-Vsuorittimen ympärille.

Esimerkki videomuuntimen toteutuksesta nähdään kuvassa 3.

TEOLLISUUSAUTOMAATIO Seuraavissa esimerkeissä esitellään kaksi erityyppistä käyttötapausta: teollisuusautomaatioon soveltuvat kamerat ja PLC-laitteet.

Teollisuuskamerat vaativat tyypillisesti suuria kuvanopeuksia, korkeaa resoluutiota ja pientä kokoa, mikä tekee lämpösuunnittelusta usein haasteellista.

Piirien optimoidun koteloinnin ja energiatehokkaiden lämpöominaisuuksien ansiosta tämä on helppo ratkaista.

ETNdigi - 1/2022

Vaikka PLC-laitteet ovat fyysisesti suurempia kokonaisina järjestelminä, ne ovat samaan tapaan rajoitettuja tilan ja tehonkulutuksen suhteen kuin kamerat.

Nämä telineisiin sijoitettavat järjestelmät ovat modulaarisia, joten loppukäyttäjät voivat

teolliselle Ethernet-protokollapinolle, kun taas toisessa ytimessä voidaan ajaa Linuxia. Vastaava välimuisti on kiinteä ja Linux on erotettu muista laiteresursseista.

Lisäksi kahdella muulla ytimellä voidaan käsitellä vaadittuja moottorinohjauksen tai invertterin algoritmeja.

29

Tässäkin tapauksessa vähäisellä tehonkulutuksella on tärkeä rooli telineeseen sijoitettujen blademoduulien sisältämien komponenttien lämpötilan pitämiseksi alhaisena haastavissa lämpöolosuhteissa, kun ympäristön lämpötila voi olla jopa yli 60°C. Alhaisen tehonkulutuksen tärkeys kaapelin kautta syötetyissä järjestelmissä käy hyvin ilmi Microchipin julkaisemasta blogiartikkelista: https://www.microchip.com/ en-us/about/blog/learningcenter/low-power-systemsaving-even-in-plug-in-devices

vasti moottorin tuottaman kuumuuden ja auringonpaahteen synnyttämissä korkeissa lämpötiloissa.

Kuvassa 5 nähdään lohkokaaviona ajoneuvojärjestelmä, joka perustuu PolarFire-perheen piiriin MPF050T. Siinä turvallisuuselementit on piirretty keltaisella ja tietoturvalohko vihreällä värillä.

Suojattu haihtumaton muisti (sNVM) mahdollistaa useiden

maan liittämistä useisiin vakiintuneisiin serializer-piireihin.

Yhteistä kaikille sovelluksille edellä kuvattujen lisäksi ovat liiketoiminnalliset tekijät menestyvän tuotteen tuomiseksi markkinoille. Riskien vähentäminen, asiakkaiden tavoittaminen ennen kilpailijoita ja järjestelmäkulujen optimointi sekä voittojen maksimointi edellyttävät järjestelmäarkkitehtuurin ja toimituskumppanin huolellista harkintaa.

Teollisuusautomaatio kattaa laajan valikoiman sovelluksia ja vaatimuksia. Teollisuustuotteille yleistä on tarve tarjota tukea ja laitteiden saatavuutta yli 20 vuoden ajan. Microchip on täysin omistautunut tähän käyttöiän vaatimukseen ja tarjoaa tukea vankalla toimitusten varmennusohjelmalla.

AUTOTEOLLISUUS Tämän päivän automarkkinoilla monet erilaiset sovellukset edellyttävät FPGA-piireiltä joustavuutta: aina lidarin kaltaisista antureista kuvannuskameroihin ja -tutkiin asti sekä piilotettuihin toimintoihin, kuten erittäin tarkkaan ja tiukasti synkronoituun moottorinohjaukseen suurjänniteohjaimien avulla.

Yksi vahvasti nouseva sovellusalue on kameroiden käyttö törmäysvaarasta varoittamiseen.

Nämä kamerat mahdollistavat vaarallisten tilanteiden havaitsemisen ja niihin reagoimisen kuljettajalle annettavan palautteen avulla tai ohjaamalla suoraan ajoneuvoa, esimerkiksi aktivoimalla jarrujen toiminnan.

Näillä järjestelmillä on korkeat vaatimukset toiminnalliselle turvallisuudelle, tietoturvalle ja vähäisin viivein tapahtuvalle käsittelylle. Ja kaiken tämän tulee toimia moitteettomasti ja luotetta30

Kuva 5. Lohkokaavioesitys ajoneuvojärjestelmästä, joka perustuu PolarFireperheen piiriin MPF050T. Turvallisuuselementit on piirretty keltaisella ja tietoturvalohko vihreällä värillä.

käyttäjien avainten tallentamisen todennusta varten ajoneuvoverkkoon liitetyssä kameramoduulissa. Vastaanotetut kuvakehykset käsitellään striimaustilassa hyödyntämällä FPGA:n rinnakkaisluonnetta. Niihin on myös liitetty lisäturvatietoja, kuten kehysten määrä ja CRCtarkistussumma, viestinnän suojaamiseksi päästä-päähän.

Kuvadatan suoratoistokäsittely eliminoi vaaran käyttää ’jäädytettyjä’ kuvia muistista ja mahdollistaa käsittelyn kiinteällä suoritusajalla, mikä antaa järjestelmälle enemmän aikaa reagointiin.

Täsmällisistä OEM-vaatimuksista riippuen FPGA tarjoaa myös tarvittavan joustavuuden tuke-

Microchipin kattava tuotevalikoima tarjoaa kokonaisvaltaisen kumppanuuden järjestelmäratkaisuun. Sen avulla on mahdollista hyödyntää avainkomponentteja ja referenssisuunnitelmia kehitystyön riskien ja tarvittavan komponenttimäärän vähentämiseksi. Suunnittelijat voivat myös säästää aikaa ja rahaa, koska ratkaisut on validoitu keskenään toimiviksi ja tarjoavat kattavat toimintatakuut monissa tapauksissa.

LISÄTIETOJA Microchip Technologyn FPGA-piirit

ETNdigi - 1/2022

ETN is a Finnish technology media for everyone working, studying or just interested in technology.

Through website with daily news and technical articles, daily newsletters and columns ETN covers every aspect of high technology. We cover automation, devices, networks, embedded, power, test & measurement, design & programming, manufacturing and distribution. All in Finnish. etn.fi/tilaa

For advertising and editorial cooperation, contact us Editor-in-chief Veijo Ojanperä vo@etn.fi +358-407072530 Sales Manager Anne-Charlotte Lantz ac@etn.fi +46-734171099

ETNdigi - 1/2022

31

AU

PA D

Nykyaikaisissa automaatioratkaisuissa digitalisaation ja modernin teknologian merkitys on suuri. Yritysten suurimmat haasteet liittyvät tällä hetkellä yritysprosessien digitalisointiin ja koko toimialan laajuiseen digitaaliseen muutokseen.

Automaatioratkaisut ovat hyvin laajoja kokonaisuuksia, joiden hallinta vaatii osaavaa kumppania.

Yksi digitalisaation ilmiö on teollisen tuotannon automatisoituminen kiihtyvällä tahdilla, mikä muuttaa laajasti teollisuuden toimintatapoja. Valmistavan teollisuuden yhtenä kulmakivenä tulevaisuudessa on läpinäkyvyys koko toimitusketjuun tuotekehityksestä elinkaaren läpi.

Modernin teknologian avulla luodaan edellytyksiä yritysten uudentyyppisille liiketoiminta-

32

mahdollisuuksille. Samalla tulevaisuuden ennustaminen on todella vaikeaa ja maailma muuttuu nopeammin kuin koskaan.

Muutoksen yhteydessä on hyvä tiedostaa, että työnteki-jöiden osaaminen on pidettävä korkealla tasolla, jotta he pysyvät teknologiakehityksen tahdissa.

Vaarana on, että muutoin yrityksen sisällä kehitetyt ratkaisut

eivät kestä aikaa ja vanhenevat nopeasti. Laitteiden kyvyt lisääntyvät ja varsinkin ohjelmistojen rooli kasvaa jatkuvasti. Samalla teollisuuden laitteet lähentyvät IT:n järjestelmiä. Hyvänä esimerkkinä tästä lähentymisestä on tuotantokoneen toiminnan raportointi tehtaan ERP-järjestelmiin tai pilvipalveluihin.

Moderneista teknologioista ovat muotitermeinäkin tuttuja muun

ETNdigi - 1/2022

UTOMAATIOLLA

ARHAAT HYÖDYT DIGITALISAATIOSTA muassa IoT (Internet of Things) ja tekoäly. Ne tuovat läpinäkyvyyttä tuotannon eri vaiheisiin ja auttavat häiriötilanteisiin reagoimisessa ennalta. Nopeat verkot muuttavat tiedonsiirtoa niin tehtaan lattialla kuin globaalistikin ja lisäksi tietoturvan rooli kasvaa.

Prosessoriteholle löytyy jatkuvasti uusia käyttökohteita konenäöstä analytiikkaan, mihin esimerkiksi PC-pohjainen tekniikka tarjoaa hyvän alustan teollisuuden tarpeisiin.

kaisuissa implementointityön rooli lopputuloksessa ja asiakkaan tarpeisiin vastaamisessa on merkittävä. Tämä työ koostuu ainakin seuraavista osa-alueista:

Teknologiamurroksen lisäksi myös ihmisten työskentelytavat ottavat harppauksia. Nykyaikainen tuotekehitys tapahtuu monitaitoisissa tiimeissä yksilöiden sijaan. Yhteistyö ja verkottuminen eri toimijoiden välillä lisääntyy ja tietotaito sekä ymmärrys leviää läpinäkyvästi kehitystiimien kesken. Uudenlaiset ketterät toimintatavat sekä DevOpstyökalut yleistyvät modernissa ohjelmistokehitysputkessa. Nämä työkalut auttavat sovelluskehittäjiä esimerkiksi ohjelmiston laadun varmistamisessa ja tehostavat kehitystyötä. Suunnittelijat voivat keskittyä implementointityössä olennaiseen vähentämällä toistuvia kehitys- ja integrointitehtäviä.

• Sovelluskehitys- ja ohjelmointityö

Nykyaikaisissa automaatiorat-

ETNdigi - 1/2022

• Automaatioratkaisuiden ja suunnittelutyön konsultointi • Uusien teknologioiden ymmärtäminen ja soveltaminen laitevalmistajien käyttöön • Toimialaratkaisuiden kehitystyö yhteistyössä eri toimijoiden kanssa

• Sovelluskehityksen toimintatapojen ja työkalujen kehittäminen sekä kehitystyön koordinointi

hallinta vaatii osaamista sekä monipuolista ymmärrystä teknologiasta, liiketoiminnasta ja tulevaisuuden trendeistä. Nykypäivänä asiakkaiden tarpeisiin vastaamiseen ei enää riitä ”yksi toimitusprojekti, yksi koodi ja yksi sovelluskehittäjä” -toimintatapa.

Hyvät lähtökohdat näiden haasteiden ratkaisemiseen tuo mahdollisimman avoimien automaatiojärjestelmien soveltaminen.

Samalla kannattaa kasvattaa tietotaitoa uusista teknologioista ja toimintatavoista yhteistyössä hyvien kumppaneiden kanssa.

LAAJA PALVELUTARJONTA

• Toimintaverkoston kehittäminen (kumppanit, oppilaitokset sekä muut alan toimijat)

Beckhoff vastaa implementointityön tarpeeseen laajalla palvelutarjonnalla. Motivoitunut asiantuntijatiimimme palvelee asiakasta niin tuotteisiin ja palveluihin liittyvissä päivittäisissä kysymyksissä, kuin vaativissa sovelluskehityshankkeissa yhdessä Solution Provider - kumppaneiden kanssa. Tekninen asiantuntijuus on aina ollut tärkeää Beckhoffille, minkä takia kaikista toimipisteistämme löytyy myynnin lisäksi vahva tekninen osaaminen.

Automaatioratkaisut ovat hyvin laajoja kokonaisuuksia, joiden

Asiantuntijoidemme avulla asiakas saa lentävän “kick-

• Tekninen tuki elinkaaren kaikkiin vaiheisiin (tuotekehitys, suunnittelu, käyttöönotto, ylläpito) • Huoltopalvelut • Koulutuspalvelut eri kohderyhmille

33

startin” Beckhoff-tuotteiden hyödyntämisessä. Yhteistyö minimoi riskejä ja uusi tuote tai teknologia saadaan nopeasti markkinoille. Vahvan paikallisen osaamisen lisäksi asiakkaalla on käytössään paras tuki Saksasta ja globaali toiminta selkärankana.

Hyvinkään pääkonttorin lisäksi toimintaa on Tampereella, Seinäjoella ja Oulussa. Nyt uutena on perustettu toimipiste Kuopioon. Kaikissa toimipisteis-sämme tarjoamme myynti-, tuki-, koulutus-, huolto- ja sovellus-kehityspalveluja.

Asiakaspalvelumme perustana on asiantunteva, tekninen myyntihenkilöstö. Tavoitteena on auttaa asiakasta liiketoiminnan tehostamisessa sekä kilpailukyvyn maksimoimisessa tarjoten palvelua koko järjestelmän elinkaaren ajan. Yhdessä etsimme parhaan mahdollisen ratkaisun asiakastarpeeseen. Tarjoamme kokonaisvaltaista asiakaspalvelua sekä asiantuntijoiden suosituksia laitteiden, ohjelmistojen sekä palveluiden valintaan.

Pidämme toimituskykymme korkeana esimerkiksi kattavalla paikallisella varastoinnilla sekä tehokkaalla ja tarkalla tilaustenkäsittelyllä.

Maksuton tekninen tuotetukemme palvelee asiakasta teknisissä kysymyksissä. Olipa kysymys iso tai pieni, tavoitteena on, että ratkaisu löytyy yhdellä puhelinsoitolla. Lisäksi kattava huoltopalvelumme auttaa laitteiden diagnosoimisessa, korjaamisessa ja varaosatarpeissa.

Kattava koulutustarjontamme tukee kehittymistä todelliseksi Beckhoff-moniosaajaksi.

Valikoimastamme löytyy asiakkaan tarpeisiin sopiva kurssi, koskevatpa ne sitten järjestelmän perustoiminnallisuuksia, tai joitakin sen erikoistoiminnoista. Toteutamme koulutuksia myös toiveiden mukaan, täsmälleen halutulla sisällöllä. Tarjontamme sisältää myös valmiita koulutuslaitekokonaisuuksia, joihin sisältyvät monipuoliset opetusmateriaalit ja harjoitustehtävät.

Sovelluskehityspalvelumme auttaa asiakasta uusien teknologioiden soveltamisessa yhdessä Solution Provider - kumppaneidemme kanssa. Ohjelmistojen merkitys korostuu automaatiojärjestelmissä jatkuvasti ja uusia Beckhoff TwinCAT -ohjelmistotuotteitakin esitellään kiihtyvällä tahdilla. Tekniset asiantuntijamme tukevat sovelluskehitystä osana asiakkaan omaa kehitystiimiä jakamalla ajantasaisen tietotaitonsa tuotekehitysprojektin avuksi.

Sovelluskehityksen lisäksi voimme auttaa kehitystyön tehostamisessa koordinoimalla työtä. Koordinoinnissa tavoitteet tuodaan läpinäkyviksi samalla jakaen työ järkeviin kokonaisuuksiin. Nykyaikaisessa järjestelmäkehityksessä on liki mahdotonta nähdä kaikkia kehitysvaiheita ennen lopputavoitetta. Modernit ketterät toimintatavat ja työkalut auttavat tiedonkulussa tiimin jäsenten kesken ja tarjoamme siihen apua tavoitteiden saavuttamisessa optimaalisesti.

Solution Provider -kumppaneillamme on taito toimittaa kokonaisuuksia ja ottaa laajoja vastuita. Heillä on myös kyky ja halu sovelluksen käyttöönottoon ja jatkokehitykseen.

Yhdessä pystymme tarjoamaan teille parasta mahdollista apua sovelluskehitykseenne.

Yhtenä palveluna ovat säännöllisin väliajoin järjestettävät, suuren suosion saavuttaneet, Beckhoff Webinaarit tai Beckhoff Best Practice -seminaarit. Niissä asiantuntijamme esittelevät käytännönläheisesti hyväksi havaittuja ja parhaita käytäntöjä.

Palvelutarjontamme lisäksi käytössänne on Beckhoff Information System. Se on jatkuvasti kasvava Beckhoff -tuotteiden tietolähde Internetissä. Beckhoff Information System sisältää teknistä tietoja, käyttöohjeita, esimerkkikoodia, Beckhoff Knowledge Base -tietokannan ja paljon muuta.

34

ETNdigi - 1/2022

OLYMPIAJÄÄN MODERNI TIEDONKERUUJÄRJESTELMÄ Toteutimme sovelluskehitystyöprojektin yhteistyössä pitkäaikaisen asiakkaamme Suomen Tekojää Oy:n kanssa. Suomen Tekojää on kokonaisvaltaisten jäähdytys-, ilmanvaihto- ja lämpöpumppuratkaisujen sekä erilaisten teollisuuden kylmäsovellusten valmistaja. Heidän palvelukonseptinsa kattaa kaiken suunnittelusta valmistukseen, asennukseen ja huoltoon.

Suomen Tekojää on toimittanut jäähdytysjärjestelmän muun muassa Wukesongin hallin kahdelle kentälle, joilla naisten jääkiekkomaajoukkue pelasi Pekingin olympialaisissa.

ratkaisuja uudelle tasolle.

Tavoitteenamme oli löytää Suomen Tekojään kanssa mahdollisimman joustava ratkaisu datan tallentamiseen ja visualisointiin,

DevOps-työkaluja työn tehostamiseksi.

Yhteistyössämme nousi hyvin esiin kehitystiimin jäsenten eri osaamisalueet. Suomen Tekojään

Pekingin olympialaisten aikanakin Wukesongin jäästä saatiin reaaliaikaista dataa Suomen Tekojään valvomoon.

Tiedonkeruu perustui Beckhoffin toimittamiin CX51xx-sarjan teollisuusPC-koneisiin.

Suomen Tekojäällä oli tarve saada tallennettua historiatietoja jopa 5 vuoden ajalta. Vaatimuksena oli myös, että suuri datamäärä pitäisi tallentaa lyhyellä mittausvälillä, mutta silti tallennustila pysyisi maltillisena. Kaikki tallennuspisteet piti saada myös visualisoitua paikallisella HMI:llä sekä tarvittaessa etäyhteyden kautta. Loppuasiakkaan tarpeiden lisäksi Suomen Tekojäällä oli tarve käyttää dataa myös omien ennakoivien huoltojen suunnitteluun sekä tuotekehitykseen, jolla pyritään viemään laitteita ja

ETNdigi - 1/2022

mikä toimisi suoraan Beckhoffin CX51xx -sarjan teollisuusPC:ssä. Tällöin ratkaisu pystyttäisiin lisäämään helposti myös olemassa oleviin laitteisiin ilman suurempia muutoksia.

Suomen Tekojäällä oli tarve lisäresursseille ja he totesivatkin, että Beckhoffilta löytyy sopivaa osaamista täydentämään heidän omaa automaatiosuunnitteluporukkaansa. Sovelluskehityksen lisäksi Beckhoff koordinoi kehitystyötä ketterin menetelmin ja yhdessä käyttöönotimme

asiantuntijat tiesivät parhaiten, kuinka loppuasiakkaiden vaatimukset täytetään. Vastaavasti Beckhoffin asiantuntijat pystyivät näkemään parhaan teknisen ratkaisun soveltaen Beckhoffin tuote- ja ohjelmistotarjontaa.

Tiivis ja avoin tiedon vaihto koko kehitysprojektin aikana vei kohti optimaalista tavoitetta.

Kehitystyön tuloksia on jo otettu käyttöön esimerkiksi Tampereella uudella Nokia-areenalla ja se tullaan lisäämään myös jo toimitettuihin järjestelmiin.

35

GaN SIIRTYY SEURAAVAAN VAIHEESEEN Denis Marcon Innoscience

Piihin verrattuna GaN tarjoaa korkean hyötysuhteen, suuren kytkentänopeuden, erinomaisen lämmönhallinnan, pienen sirukoon ja kevyen painon. GaNpohjaisten laitteiden suurimittainen yleistyminen tehosovelluksissa edellyttää vielä kuitenkin eräiden rajoitteiden ratkaisemista liittyen lähinnä massatuotannon asettamiin haasteisiin ja kustannusten pienentämiseen.

Marraskuussa 2021 pidetyssä laajan kaistaeron puolijohteisiin erikoistuneessa PowerUp Virtual Expo -näyttelyssä Innosciencen toimitusjohtaja Denis Marcon luotasi puheessaan tekniikan nykytilaa. Innoscience on eturintamassa tekemässä GaNteknologiasta laajasti käyttökelpoista tuomalla markkinoille korkealaatuisia ja luotettavia 36

Galliumnitridi (GaN) on laajan kaistaeron (wide band gap) puolijohdemateriaali, joka tarjoaa perinteiseen piihin verrattuna monia etuja suorituskyvyn ja muiden ominaisuuksien osalta.

Innoscience vie nyt GaN-tekniikan seuraavalle tasolle tuomalla markkinoille korkealaatuisia ja luotettavia laitteita kohtuulliseen hintaan. laitteita kohtuulliseen hintaan.

Marconin mukaan GaN-teknologiassa ollaan astumassa uuteen vaiheeseen, jossa vaatimuksena on suuren volyymin tuotannon järjestäminen ja toimitusvarmuuden takaaminen kaikkien uusien markkinoille tulevien GaN-pohjaisten sovellusten tukemista varten. Toinen tärkeä pyrkimys on GaN-pohjaisten tuotteiden

hinnan merkittävä alentaminen, jolloin teknologian tarjoamat edut saadaan laajemmin käyttöön ilman että siitä tarvitsee maksaa kovin paljon ylimääräistä.

Suurimpana kokonaan GaNteknologiaan keskittyvänä integroitujen piirien valmistajana Innoscience on ollut hyvin aktiivinen, että nämä vaatimukset saadaan ratkaistua. Yhtiöllä on ETNdigi - 1/2022

maailman suurin 8-tuumaisten GaN-on-Si-kiekkojen tuotantokapasiteetti. Viime syksynä yhtiön tuotantokapasiteetti oli 10 000 kiekkoa kuukaudessa, vuoden vaihteessa päästiin jo 14 000 kiekon tuotantoon kuukaudessa ja vuoteen 2025 mennessä on tarkoitus päästä 70 000 kiekon kuukausitoimituksiin.

GaN-teknologia on kehittynyt viime vuosina merkittävästi. Vielä kymmenisen vuotta sitten oltiin tuotekehityksessä tämän innovatiivisen teknologian testaus- ja kokeiluvaiheissa. Seuraavassa vaiheessa vuosina 2010-2015 ensimmäisiä tuotteita alettiin saada markkinoille, jolloin käyttäjillä oli ensi kertaa mahdollisuus ostaa GaN-piirejä ja ottaa niitä käyttöön todellisissa projekteissaan.

GaN VAATII UUSIA SUUNNITTELUJA Kolmas vaihe alkoi vuonna 2015.

Tuolloin järjestelmäsuunnittelijat totesivat, että GaN-piirejä ei voida suoraan liittää olemassa oleviin suunnitteluihin. Niillä ei voida suoraan korvata suunnittelussa piipohjaisia piirejä, jotta saataisiin käyttöön GaN:n tarjoamat suorituskyvyn edut, vaan se edellyttää tuotteiden uudelleen suunnittelua.

Nyt Marconin mukaan on vuorossa jälleen uusi vaihe, jossa pääpaino on kustannusten vähentämisessä, toimintavarmuuden parantamisessa ja GaN-massavalmistuksen mahdollistamisessa, jotta kaikkia uusia markkinoille tulevia sovelluksia pystytään tukemaan.

Kuten kuvassa 1 on nähtävissä, Innosciencen lähestymistapana mainittujen vaatimusten saavuttamiseksi oli ensinnäkin hyödyntää suurta valmistuskapasiteettia käyttämällä piipiirien massavalmistuksen tuotantoprosessin laitteistoja. Toisena osana Innosciencen ohjelmassa oli pyrkimys lisätä toimivien sirujen määrää ETNdigi - 1/2022

Kuva 1: Innosciencen lähestymistapa GaN-piirien massatuotantoon ja kustannusten alentamiseen.

kiekolla käyttämällä suuremman kokoista kiekkoa eli siirtymällä 6tuumaisesta 8-tuumaiseen kiekkoon, vähentämällä ominaisresistanssia (mikä tarkoittaa pienempää piirikokoa) ja lopulta lisäämällä virheettömien sirujen lukumäärä kiekolla (saanto).

- Alkuperäinen Zhuhaissa sijaitseva piiritehdas täyttää autoelektroniikan tuotantovaatimukset ja siellä olevien laitteistojen valmiutena on valmistaa 4 000 kiekkoa kuukaudessa. Sen jälkeen Suzhou’in on rakennettu 16 kertaa Zhuhain tehdasta suurempi toinen tehdas, jonka laitteistojen kapasiteettia ollaan lisäämässä 6 000 kiekosta 65 000 kiekkoon kuukaudessa. Kaikkien Innosciencen tuotantolaitosten laitteistot perustuvat piipiirien valmistuksessa käytettäviin tuotantolinjoihin, joiden etuna on piipiirien valmistusprosesseista saadut optimoidut ratkaisut pitkän ajan kuluessa, Denis

Marcon sanoo.

Mitä tulee itse GaN-FETteihin, on Innoscience pystynyt vähentämään piirien ominaisresistanssia RDS(on) (mikä mahdollistaa kooltaan pienempien piirien tuotekehityksen) ottamalla käyttöön Innosciencen termejä käyttäen ’kuormitettavuutta lisäävän kerroksen’ (stress enhancement layer), joka kerrostetaan hilan muodostuksen jälkeen. Tällä tavoin Innoscience on voinut kasvattaa 2-D -elektronikaasutiheyttä (2DEG) ja sen seurauksen vähentää 2DEG-resistanssia ilman, että sillä on vaikutusta muihin parametreihin kuten kynnysjännitteeseen tai vuotovirtaan.

Kuten kuvasta 2 ilmenee, referenssinä olevan GaN-piirin (HEMT-A, musta väri) ja Innosciencen kuormitettavuutta lisäävällä kerroksella varustetun GaN-piirin (HEMT-B, sininen väri) kynnysjännitteet ovat käytännölli-

Kuva 2: Kuormitettavuutta lisäävän kerroksen ansiosta saavutetaan pienempi ominaisresistanssi ilman, että sillä on vaikutusta muihin parametreihin.

37

Kuva 3: Palvelinkeskuksessa tarvittavat tehonmuunnosvaiheet.

GaN-piireillä päästään parempaan energiatehokkuuteen pienemmillä komponenteilla.

sesti katsoen yhtä suuret, vaikka jälkimmäisen ominaisresistanssi on merkittävästi pienempi.

kertaa suurempi tehotiheys ja 50 prosenttia piitä parempi energiatehokkuus.

verran energiaa. Tämän suuruinen tehonsäästö vastaa 20 ydinreaktorin tuottamaa energiaa.

Innoscience on ottanut tehtäväkseen parantaa merkittävästi saantoa niin puolijohdekiekon kerrostamisen kuin piirin työstämisen osalta. RDS(on) on saatu todistetusti tasaisesti jakautumaan kiekolla valmistettavien 10 000 piirisirun kesken.

Samanlaista käyttäytymistä on toistettavasti voitu osoittaa offtilan vuotovirran osalta, sillä ainoastaan kiekon reunoilla on nähtävissä pientä poikkeamaa muutoin tasaisessa matalassa käyrässä. Molemmat parametrit säilyvät erinomaisina kiekolta toiselle.

10 PROSENTTIA HÄVIÖISTÄ POIS

Kuten edellä jo mainittiin, Innosciencen tuotantolaitokset on jo sertifioitu autoelektroniikan komponenttien tuotantoa varten ja yhtiö työskentelee yhdessä autoelektroniikan asiakkaan kanssa, jotta kvalifioituja autoelektroniikan piirejä saadaan markkinoille tänä vuonna.

Autoelektroniikan GaN-sovelluksia ovat esimerkiksi DC-DCsuurjännitemuuntimet (650 V/ 950 V), DC-DC-muuntimet (48 V/ 12 V), ajoneuvossa olevat laturit ja lidar-piirit.

USB-LATURIN HYÖTYSUHDE UUDELLE TASOLLE Sovelluksista puheen ollen yksi Innosciencen suurimmista menestyksistä on USB Power Delivery (PD) -laturi, joita on toimitettu markkinoille jo yli 30 miljoonaa kappaletta. InnoGaNteknologiaa hyödyntämällä saadaan syötettyä paljon tehoa pienessä koossa, mikä nostaa tehotiheyttä. 45 W:n GaN-pohjainen PD-laturi yltää 95,1 prosentin hyötysuhteeseen 2,5 watin tehohäviöillä, kun vertailun vuoksi piipohjaisilla ratkaisuilla päästään noin 88 prosentin hyötysuhteeseen 6,1 watin häviöillä.

InnoGaN-piireillä on saavutettavissa kymmenen kertaa suurempi kytkentätaajuus, neljä 38

Palvelinkeskukset muodostavat toisen merkittävän sovellusalueen. Kuvassa 3 on nähtävissä vaiheet palvelinkeskuksen tarvitsemien jännitetasojen syöttämisen toteuttamiseksi. Ensimmäisen vaiheen muodostaa AC-DCmuunnin, joka aluksi muuntaa 277 V:n vaihtojännitetulon 48 V:n tasajännitteeksi ja jonka nimellisteho on 3 kW. Kun muunnos 48 volttiin on tehty, on vuorossa jatkomuunnos 48 V:n tasajännitteestä 12 tai 5 V:n tasajännitteeksi ja tässä tapauksessa kyse on tehon muuntamisesta 300 watista 600 wattiin. Viimeisessä vaiheessa 12 tai 5 V:n tasajännite muunnetaan 1 V:n tasajännitteeksi. Kaikki nämä mainitut muunnosvaiheet voidaan GaN-teknologialla toteuttaa entistä pienikokoisemmilla ja tehokkaammilla muunninpiireillä.

Denis Marconin mukaan GaNteknologia mahdollistaa sen, että suurimmalla lähtövirralla tehohäviöitä saadaan pienennyttyä 10 prosenttia. Tämä merkitsee 10 prosentin vähennystä palvelinkeskuksen energialaskuun.

Käytännön tasolla tämä tarkoittaa, että vuoteen 2030 mennessä pelkästään ottamalla käyttöön tässä puheena oleva arkkitehtuuri on mahdollista säästää 100 TWh

Verrattuna perinteisiin 100 V:n pii-MOSFETteihin on 100 V:n InnoGaN-piirien kytkeytymisnopeus 13 kertaa nopeampi ja pulssinleveys 15 kertaa kapeampi. Tällöin on mahdollista asentaa kaksi piiriä samalle sirulle, joista kumpikin ohjaa laseria itsenäisesti halvemman, kooltaan pienemmän ja helppokäyttöisen lidar-ratkaisun toteuttamiseksi.

Denis Marconin mukaan hyödyntämällä massatuotantoon optimoitua GaN-teknologiaa ja toimivia piiprosessoinnin tuotantotiloja on mahdollista vastata markkinoiden kovaan kysyntään.

Innosciencen tavoitteena on tehdä GaN-teknologiasta mahdollisimman monien sovellusten käyttöön soveltuva tehokomponenttien tekniikka.

ETNdigi - 1/2022

| AT11-20E |

: leijuva, kosketukseton, älykäs!

Kappaleensiirtoa vapaasti kuudessa vapausasteessa

kg

Leijuvat liikeyksiköt

6D liikkeenhallinta

Joustava kuormankanto

Liikenopeus aina 2 m/s asti

Yksilöllinen kappaleensiirto

Vapaasti valittava layout

www.beckhoff.com/xplanar XPlanar luo täysin uusia ulottuvuuksia kappaleenkäsittelytehtäviin: Planar-moduleista voidaan muodostaa alusta aina tarpeen mukaisesti ja alustan päällä leijuvien liikeyksiköiden liikeradat ovat vapaasti ohjelmoitavissa.

Kappaleensiirtoa 2 m/s nopeudella Paikan- ja liikkeenhallinta kuudessa vapausasteessa Kaikki ohjaus ja hallinta keskitetysti yhdessä järjestelmässä Ei kuluvia osia, helppo puhdistaa, täyttää hygieniavaatimukset Räätälöidyt konelayoutit mahdollisia vapaasti rakennettavan alustan ansiosta Liikeyksiköitä on mahdollista ohjata yhdessä tai erikseen Täysin integroitu Beckhoffin PC-pohjaiseen ohjausjärjestelmään (TwinCAT, PLC IEC 61131, liikkeenohjaus, mittaus, koneoppiminen, konenäkö, kommunikointi, HMI) Soveltuu kaikille toimialoille: kokoonpano, elintarvike, pakkaus, lääketeollisuus, laboratoriot, viihdeteollisuus...

XPlanar on esillä osastollamme 6b50 Teknologia22-messuilla!

www.beckhoff.com | info@beckhoff.fi | p. 020 7423 800 ETNdigi - 1/2022

AUTOMAATIO | ELEKTRONIIKKA ENERGIA | HYDRAULIIKKA JA PNEUMATIIKKA | LEVYTYÖ KONEENRAKENTAMINEN KUNNOSSAPITO | AI JA ROBOTIIKKA | ICT | 3D

3.–5.5.2022 Messukeskus Helsinki

OLEMME MUKANA!

39

RDK2

David Werthwein ja Gintaras Drukteinis, Rutronik

ALUSTA MONIIN SOVELLUKSIIN Rutronikin uuden polven RDK2-kehitysalustassa on laaja valikoima hyödyllisiä ominaisuuksia ja käyttöliittymiä. Arduino-lisäosien ansiosta se tarjoaa kehittäjille modernin ja helppokäyttöisen laitteistoalustan, joka voi merkittävästi lyhentää kehitysaikaa.

Rutronik DevKit2:n perusta on Infineonin ohjelmoitava PSoC62järjestelmäpiiri. Erittäin vähävirtainen mikro-ohjain perustuu 40 nanometrin valmistustekniikkaan ja yhdistää Arm Cortex-M4- ja Cortex-M0-ytimet samalle sirulle.

Integroidun hakkuriteholähteen (SMPS) valintakytkimen ansiosta RDK2 tarjoaa monia erilaisia käyttövaihtoehtoja. Sitä voidaan käyttää vakiovirtalähteellä, tai vaihtoehtoisesti USB Type-C:n kautta tai jopa pienellä kolikkoparistolla. BD83070GWL-buck40

boost-muunnin voi syöttää Arduino Shield -lisäkorteille 3,3 V:n ja 2 A:n lähtöä yksikennoisesta litiumioniakusta tai mistä tahansa muusta 2,0-5,5 voltin jännitelähteestä. Buck-tyyppinen AP63357DV-muunnin voi syöttää Arduino-lisäkorteille 5V ja 3A lähtöä mistä tahansa ulkoisesta jännitelähteestä 5-20 voltin välillä.

USB-liitännän lisäksi RDK2:ssa on integroidut CAN-FD- ja RS 485 -liitännät eri laitteiden tai komponenttien, kuten antureiden tai aktuaattoreiden kanssa

viestintään. Ulkoinen PSRAMmuisti (64 Mbit QSPI) tai NOR Flash -muisti (512 Mbit Semper NOR Flash) tuovat mukaan toiminnallisia turvaominaisuuksia (esimerkiksi Safe Boot -turvakäynnistys ja ECC-virheenkorjaus), joiden avulla kehityssarja sopii erityisen hyvin puettavien laitteiden ja antureiden kehittämiseen. MicroSD-korttipaikan ansiosta tietoja voidaan tallentaa myös ulkoisesti.

Joustavuuden lisäämiseksi ohjainta käytettäessä kaikki ETNdigi - 1/2022

yleiskäyttöiset tulot/lähdöt (GPIO) voidaan ohjata ulkoisten nastaliittimien kautta, jotka voidaan juottaa kortille. Integroitu potentiometri auttaa ensimmäisessä ADC-säädössä ja sitä voidaan käyttää myös myöhemmissä sovelluksissa.

käyttää standardia CMSIS-DAP protokollaa siirtomekanismina, kun taas USB-liitännät tarjoavat nopean tiedonsiirron.

Infineon tarjoaa ModusToolboxkehitysympäristön ilmaiseksi ohjelmointia varten. Se sisältää kokoelman helppokäyttöisiä

Integroitu virranhallintapiiri (PMIC) saa virran hätävirtalähteestä eli akusta tai superkondensaattorista. Se ohjaa virransyöttöä ohjaimelle ja muulle järjestelmälle (anturi, aktuaattorit tai Arduinolisäkortit). Aktivointi tapahtuu painonapista tai reaaliaikakellon hälytyksellä. Tämä mahdollistaa energiaa säästävien ratkaisujen toteuttamisen teollisuuden ja autoteollisuuden alueella.

USB-C-liitin yhdistettynä USBvirranjakeluominaisuuteen mahdollistaa suuremman virransiirron samassa ajassa kuin USB-A- ja USB-B-edeltäjät.

Latausaikaa voidaan siten lyhentää merkittävästi. RDK2 varmistaa myös suoraan, että sovellus on USB-PD-spesifikaatioiden mukainen.

LUOTETTAVIIN KOSKETUSSOVELLUKSIIN PSoC62:n CapSense-tekniikka tarjoaa korkean herkkyyden tarkan kosketusvasteen takaamiseksi jopa hankalissa, kohinaisissa ympäristöissä ja nopeat tunnistusajat eleganteille, luotettaville ja helppokäyttöisille kapasitiivisille kosketussovelluksille.

Tätä varten se käyttää patentoitua Capacitive Sigma Delta (CSD) -tunnistusalgoritmia, joka tarjoaa kapasitiivisen tunnistuksen kytketyn kondensaattoritekniikan kautta delta-sigmamodulaattorilla.

Infineonin KitProg3-ohjelmistolla virheenkorjaus eli debuggaus on mahdollista suoraan piirilevyn kautta ilman ulkoista debuggeria.

KitProg on matalan tason tietoliikennelaiteohjelmisto PSoCmikro-ohjainten ohjelmointiin ja virheenkorjaukseen. KitProg3 ETNdigi - 1/2022

RDK2 tarjoaa useita ominaisuuksia, joiden avulla voidaan merkittävästi lyhentää lukuisien sovellusten kehitykseen kuluvaa aikaa.

ohjelmistoja ja tehokkaita itsenäisiä työkaluja, kuten konfiguraattorit. Ne voidaan yhdistää joustavasti minkä tahansa kääntimien, editorien, virheenkorjainten ja versioiden ohjausjärjestelmien kanssa.

HELPPO LAAJENTAA ARDUINO-SOVITINKORTEILLA RDK2 on suunniteltu perhosen muotoiseksi. Pinottavat Arduinoriviliittimet sijaitsevat keskellä, johon käyttäjät voivat kytkeä minkä tahansa Arduino-lisäkortin.

Tämä ainutlaatuinen muotoilu on helppo tunnistaa, mutta se myös takaa korkean sähkömagneettisen yhteensopivuuden (EMC).

Koska Arduino-suojat ovat kortin yläpuolella, virran kulku ei häiriinny korkeilla taajuuksilla, esi-

merkiksi kortin kuparin takia.

Rutronik on jo kehittänyt kaksi sovitinkorttia ja tarjoaa niiden tueksi vastaavat ohjelmistopinot: • RutAdaptBoard-TextToSpeech -kortti lyhentää laadukasta puhetta tuottavan sovelluksen puheen kehitysaikaa. Siinä on Epsonin integroitu puhepiiri, joka voi lähettää vapaasti määriteltäviä lauseita 12 kielellä toimittajan vastaavan PC-ohjelmiston avulla.

Tätä tarkoitusta varten Rutronik on kehittänyt ohjelmiston luotujen tekstitiedostojen lataamiseksi PC:ltä RDK2:lle graafisen käyttöliittymän kautta. Audiovahvistimen ja 3,5 millimetrin audioliitännän avulla voidaan sitten ohjata sarjan lauseita ja ajaa ne ulos kaiuttimen kautta.

• RutAdaptBoard-HMS -kortti perustuu HMS:n Anybus NP40 verkkoprosessoriin. Sitä voidaan ohjata sarjassa ja tuottaa erilaisia Industrial Ethernet- ja kenttäväyläprotokollia. Se mahdollistaa optimoitujen verkkolaitekomponenttien, kuten suorituskykyisen Ethernet-kytkimen integroinnin alustaan. Ylimääräisiä ASIC- ja FPGA-kortteja ei tarvita tiedonsiirtoon. EtherCAT-sovellukset voidaan toteuttaa Beckhoffin TwinCAT-tietokoneohjelmistolla.

Lisäosia muihin protokolliin kehitetään kaiken aikaa.

Sanomattakin on selvää, että myös muita Arduino-lisäkortteja voidaan yhdistää RDK2:een.

Käyttäjien odotetaan kuitenkin tekevän tarvittavat ohjelmistosäädöt itse.

Lisäksi Rutronik tarjoaa laiteohjelmisto- ja demosovelluksia ilmaiseksi. Kaikki räätälöityyn suunnitteluun tarvittavat komponentit ovat saatavilla suoraan Rutronikilta.

LISÄTIETOJA Rutronik Development Kit 2

41

DeVO

TURV K SULA Jos olet sulautettujen ohjelmistojen tai IoT-laitteiden kehittäjä, olet todennäköisesti kuullut DevOpsista. Se on sarja lyhyisiin kehityssykleihin, toistuviin julkaisuihin ja nopeaan palautteeseen keskittyviä ohjelmistokehityskäytäntöjä, joissa kehitys ja toiminta liittyvät läheisesti toisiinsa. On aika ottaa siitä kaikki hyöty irti.

DevOps on ollut todellinen tehoisku lähes kaikessa muussa ohjelmistokehityksessä viimeisen vuosikymmenen aikana, erityisesti pilvessä, mobiilisovelluksissa ja peleissä. Toistaiseksi käyttöönotto on kuitenkin ollut hidasta sulautettujen ohjelmistojen ja IoT-laitteiden kehittäjien keskuudessa.

On täysi syy uskoa, että sulautettujen sovellusten kehittäjät hyötyvät yhtä paljon DevOpsista kuin muun tyyppiset kehittäjät, joten tässä artikkelissa esitän tärkeän osan DevOps-strategiasta sulautetun ja IoT-kehityksen osalta, ja esitän sen mukanaan tuomat hyödyt.

Ensiksi pitää todeta yksi asia: jokaisessa ohjelmistossa on virheitä. On olemassa akatee42

mista tutkimusta, joka osoittaa, että jokaista tuhatta toimitettua koodiriviä kohden tuotetaan 50-100 bugia kehityksen aikana.

Noin 5 prosenttia niistä on edelleen käytössä. Tämän tunnustaminen ja käyttöönoton ongelmiin valmistautuminen on DevOpsin kulmakivi. Tämä saavutetaan seuraamalla järjestelmällisesti ohjelmistoa käyttöönoton aikana.

Internet of Things- eli IoT-laitteiden ensisijainen tarkoitus on tarjota dataa ja näkemyksiä liiketoiminnan parantamiseksi esimerkiksi koneiden ennakoivan huollon kautta. Voimme soveltaa samaa ajattelua laiteohjelmistoon oppiaksemme, kuinka se toimii kentällä. Tämä vaatii niin kutsuttua laitepalautesilmukkaa (Device Feedback Loop), joka tarkoittaa DevOps-seurantaa laiteohjelmis-

toille ja tarjoaa mahdollisuuden raportoida kaikenlaisista laitteissa esiintyvistä ajonaikaisista ongelmista takaisin kehittäjille yhdessä tapahtuneen selittävien diagnostisten tietojen kanssa.

Virheistä, erityisesti kaatumisista ilmoittaminen on luultavasti ensimmäinen asia, joka tulee mieleen. Asiakkaiden raportoimia kaatumisia voi olla helvetillisen vaikea analysoida, koska vastaanotetusta palautteesta puuttuu usein tarpeeksi yksityiskohtia, jotta kehittäjät voisivat toistaa ongelman. Laitteen palautesilmukka voi varoittaa ohjelmistovian tapahtuessa ilman erillisiä käyttäjän toimia ja antaa tuotetiimille tarvittavat tiedot ongelman paikantamiseksi. Tämä mahdollistaa myös testauksen parantamisen, jotta samanlaiset ETNdigi - 1/2022

Ops KÄYTTÖÖN

VALLISEMPAA KOODIA AUTETTUIHIN

Johan Kraft Percepio

Kva: AdobeStock

ongelmat voidaan välttää tulevaisuudessa.

Poikkeavuuksien havaitseminen palautesilmukan avulla voi myös parantaa IoT-laitteiden turvallisuutta. Esimerkiksi satunnaiset kaatumiset voivat johtua haavoittuvuudesta, jota hyödynnetään osittain onnistuneissa hyökkäyksissä, joissa haittaohjelmia syötetään, mutta ne aiheuttavat vahingossa kaatumisen. Toisessa poikkeamatyypissä prosessori

toimii normaalia enemmän, mikä voi johtua laitteen haitallisesta toiminnasta. Tällaisista poikkeavuuksista tiedon saaminen jo kentällä mahdollistaa haavoittuvuuden löytämisen ja korjaamisen paljon aikaisemmassa vaiheessa.

Tämä pienentää vakavien ongelmien, kuten tietomurtojen riskiä.

Toinen tärkeä DevOps-käytäntö eli automaattinen testaus hyötyy myös laitteen palautesilmukasta.

Kaatumisten ja muiden satun-

naisten ongelmien analysointi on paljon helpompaa keräämällä automaattisesti yksityiskohtaista diagnostiikkadataa ja raportoimalla ongelmista keskitettyyn tiedonhallintajärjestelmään, johon kaikki kehittäjät pääsevät käsiksi.

Laitteen palautesilmukan toteuttaminen tyhjästä ei ole mikään triviaali prosessi, ja monia asioita on otettava huomioon. Uskon, että toimiva ratkaisu sisältää seuraavat:

Silmukka generoi kentällä olevista laitteista automaattisia bugiraportteja, joiden avulla voidaan tuottaa päivityksiä laiteohjelmistoihin. Samalla voidaan parantaa laitteiden suorituskykyä.

ETNdigi - 1/2022

43

Keskitetty tiedonhallinta helpottaa yhteistyötä ja diagnostiikkatietojen jakamista hajautettujen tiimien sisällä ilman fyysistä pääsyä laitteeseen.

Laitekehittäjien pitäisi pystyä laajentamaan ja konfiguroimaan monitorointia parhaaksi katsomallaan tavalla ilman, että heidän tarvitsee muuttaa pilvessä sijaitsevaa tiedonhallintajärjestelmää.

Kerätyn datan täytyy kestää kaatumia, jopa mikro-ohjaimissa, joissa ei ole tavallista tiedostojärjestelmää, ja data pitäisi ladata automaattisesti uudelleenkäynnistyksen ja yhteyden muodostamisen jälkeen.

Monitoroinnin on oltava tehokasta, ja sen on oltava vietävä mahdollisimman vähän koodia ja prosessointitehoa.

Monitoroinnin tulee skaalautua suuriin laitekantoihin sopivalla tiedonhallinnalla ja automaattisella raporttien luokittelulla ja korostaa uusia, aiemmista raporteista poikkeavia tapahtumia.

Korkea tietoturvallisuus on välttämätöntä. Ratkaisu ei saa luoda uusia hyökkäyspintoja ja sen tulee noudattaa kyberturvallisuuden parhaita käytäntöjä.

Ongelmien tulee olla jäljitettävissä tiettyihin koodin versioihin ja tiettyihin tilanteisiin, jotta poikkeamia voidaan seurata korkean tason analytiikasta kooditason virheenkorjaukseen.

Diagnostiikkatietoja visualisoivat työkalut, kuten ohjelmiston vianhaun seuranta eli trace, helpottavat koodin ongelmien ymmärtämistä.

Näin voit tarjota ratkaisuja nopeammin.

44

Laitepalautesilmukka: sovelluksen suorituskyvyn monitorointi IoT-laitteen ohjelmistossa.

Olemme haastatelleet 10 suuren OEM-yrityksen kehittäjiä ja päälliköitä, jotka kehittävät sulautettuja ohjelmistoja teollisiin ohjausjärjestelmiin saadaksemme selville heidän ajatuksensa ja tarpeensa virheenkorjaukseen ja laitteen palautesilmukkaan liittyen.

Yleisimmät näissä haastatteluissa mainitut liiketoiminnalliset huolenaiheet olivat saatavuus, tietoturva ja turvallisuus. Teknisten haasteiden osalta he olivat enimmäkseen samaa mieltä siitä, että kaatumisten ja ohjelmistovikojen havaitseminen ja analysointi on ykkösprioriteetti - usein yhdessä tietoturva-arvioinnin kanssa.

Ohjelmiston huono laatu ei ole vain pieni haitta käyttäjille.

Verkkoon liitetyt laitteet ovat usein rahantekokoneita kaupallisiin palveluihin tai teolliseen tuotantoon. Tämä tarkoittaa, että ohjelmisto-ongelmilla voi olla suuri vaikutus asiakastyytyväisyyteen. Jos asiakas näkee, että laitteesi aiheuttavat enemmän ongelmia kuin ne ratkaisevat, se vaikuttaa suoraan asiakkaiden uskollisuuteen, ja siten lopulta liikevaihtoon.

Ohjelmisto-ongelmat myös lisäävät kustannuksia. Asiak-

kaiden ongelmien debuggaaminen voi olla todella aikaavievää, ja sillä välin asiakastuen on käsiteltävä vihaisia asiakkaita, ja kehitystiimi työskentelee ympäri vuorokauden ongelman eristämiseksi. Tämä todennäköisesti viivästyttää uusien tuotteiden kehitystä ja siten myös niistä saatavaa tuloa.

Lopuksi on vielä tietoturvaan liittyvät riskit, jotka voivat altistaa yrityksen ja sen asiakkaat kyberhyökkäyksille, palvelutasosopimussakoille tai jopa oikeudenkäynneille. Tietomurron keskimääräiseksi kustannukseksi on arvioitu lähes 4 miljoonaa dollaria.

Yhteenvetona voidaan todeta, että laitteen palautesilmukka voi optimoida IoT-toimintaa turvaamalla laitteen toiminnan, turvallisuuden ja luotettavuuden, vähentämällä riskejä ja parantamalla asiakastyytyväisyyttä. Se myös alentaa kustannuksia ja parantaa liiketoiminnan tuloja paremman asiakastyytyväisyyden ja nopeutetun tuotekehityksen ansiosta.

Vaikka vikoja on vaikea välttää, on tärkeää, miten valmistaudut käsittelemään niitä.

LISÄTIETOJA Percepio

ETNdigi - 1/2022

ETNdigi - 1/2022

45

IIoT MULLISTAA OHJAUSKAAPIN Rodrigue Mao, Elfa Distrelec

IIoT:n eli teollisen internetin, Teollisuus 4.0:n ja muiden toiminnallisen tehokkuuden parannusten myötä ohjauskaappeihin sijoitetaan nyt kaikki uudet automaatiokomponentit ja -järjestelmät. Koneet kuitenkin usein tarvitsevat enemmän tilaa kuin mitä on käytettävissä.

Kun lattiatilaa on vain rajoitetusti, teknologista kehitystä tarvitaan, jotta rajallista kaappitilaa voidaan hyödyntää mahdollisimman tehokkaasti.

46

Ohjauskaappi on kaikessa yksinkertaisuudessaan teollisuuskoneiden asennuksen kulmakivi. Alkuaan vain muutamille releille, sulakkeille, kytkinlaitteille ja yksinkertaisille ohjaimille tarkoitetut kaapit ovat nyt murroksessa.

TEOLLISUUSOHJAUKSEN MAAILMA MUUTTUU

yleisesti, mikä lisää tekniikan käyttöönoton tarvetta.

Moderneja valmistusprosesseja automatisoidaan entistä enemmän, ja toiminnan ytimessä on käyttötekniikka (Operational Technology eli OT). Tuotantoprosesseissa käytetään säännöllisesti reaaliaikaisia konenäköjärjestelmiä ja koneoppimisen neuroverkkoja, jotka optimoivat tuotoksen ja resurssien käytön.

Robotteja ja cobot-yhteistyörobotteja käytetään myös

TEHTAAN LATTIATILA ON NIUKKA RESURSSI IIoT:n ja OT:n toiminnallisen tehokkuuden parannukset voivat tuoda mukanaan merkittäviä etuja, mutta samalla ne asettavat tehtaanjohdolle käyttöönoton haasteita. Lattiatilaa on aina rajoitetusti ja tuotantovälineiden sijoittaminen on etusijalla. Entäpä ohjauslaitteet? Aiemmin kullekin ETNdigi - 1/2022

koneelle varattiin yleensä tilaa yhdestä ohjauskaapista. IIoT-asennukset ovat erittäin riippuvaisia elektronisista järjestelmistä, antureista ja käyttölaitteista. Ohjauskaappien ja -paneelien suunnittelijat joutuvatkin nyt tekemään tilaa konenäkö- ja kuvankäsittelyjärjestelmille, ennakoiville huoltojärjestelmille, verkkokytkimille ja virtalähteille. Myös tehomuunninmoduulit, moottorikäytöt, prosessilogiikan ohjaimet ja sähköiset kytkinlaitteet on voitava sijoittaa turvallisesti.

Tällä hetkellä suosiotaan kasvattaa digitaalinen kaksonen. Se on fyysisen tuotantolinjan digitaalinen kopio. Tehtaan suorituskyvyn seurannan lisäksi ne tarjoavat digitaalisen alustan eri tuotantotekniikoiden ja -skenaarioiden simulointiin ja mallintamiseen.

Tekniikoiden lisääntyminen aiheuttaa yhä enemmän kaappi- ja paneelitilaan liittyviä paineita, mikä korostaa jäsennellyn lähestymistavan tarvetta.

OHJAUSKAAPPIEN HAASTEET Tilan löytäminen uudelle ohjauslaiteyksikölle on vain yksi haaste teollisuusjärjestelmien suunnittelijoille. Uuden paneelin suunnittelu edellyttää siihen sisällytettävien laitteiden tyyppien ja määrän huolellista selvitystä.

Onko laitteet mahdollista ryhmitellä loogisesti niiden toiminnan tai fyysisen koon mukaan?

Entäpä liitettävyys muihin moduuleihin ja ohjaimiin? Tiettyjen osien sijoittaminen vierekkäin saattaa vähentää kaapeloinnin monimutkaisuutta. Lisäksi samankorkuisten laitteiden ryhmittäminen yhteen auttaa optimoimaan käytettävissä olevan tilan.

LÄMMÖNHALLINTA HALTUUN Ohjainten, moduulien ja laitteiden luettelossa on huomioitava valmistajan suosittelemat vähimmäisetäisyydet, jos ne on mainittu.

Lämmönhallinta on tähän keskeinen syy, sillä lämmönhaihdutus on olennaista tiiviisti täytetyssä kaapissa. Jotkin yksiköt voivat tuottaa enemmän lämpöä kuin toiset.

Esimerkiksi jopa hyötysuhteeltaan erittäin hyvät virtalähteet voivat tuottaa muutaman watin verran lämpöä. Useat vähän lämpöä tuottavat yksiköt voivat aiheuttaa kuuman kohdan, joka saattaa vaikuttaa muihin laitteisiin.

Joissakin ohjauskaapeissa voidaan tarvita pakotettua ilmajäähdytystä, mikä myös tarvitsee tilaa. Tilankäytön voi optimoida

More Information

THE RUTRONIK DEVELOPMENT KIT - RDK2 Easy approach and quick proof of concept for firm- and hardware designers based on the features of the Infineon PSoC™ 62 microcontroller Faster time to Market RDK2 offers a complete solution for hardware and firmware developers and a basis for a modular toolkit, so that proof of concepts can be created in a very short time.

The RDK2 is especially designed for touch and proximity applications in the fields of Internet of Things as well as Industrial IoT (IoT, IIoT), smart wearables, smart home, medical devices, etc.

It runs on the PSoC™ 62 MCU by Infineon. The microcontroller has a dual core CPU and is therefore ideal for secure edge computing and cloud applications. The PSoC™ 62 has an integrated power management IC for SMPS for all connected power supplies.

Tel. +358 9 3291 2200 | sales_finland@rutronik.com

www.rutronik.com COMMITTED TO EXCELLENCE

ETNdigi - 1/2022

Consult | Components | Logistics | Quality

47

ja suuritehoiset moottorit luovat ympäristön, joka edellyttää asianmukaisten EMC- ja EMIstandardien mukaisten laitteiden käyttöä.

IIoT-ajan laitekaapeissa voidaan älykkäällä suunnittelulla säästää tilaa.

valitsemalla sellaisia ohjausyksikköjä, jotka on erityisesti suunniteltu pitämään hukkalämpösäteily mahdollisimman pienenä ja jotka sopivat tiheään vierekkäisasennukseen.

VÄLTÄ KAAPELIEN EPÄJÄRJESTYSTÄ Kaapeleihin pääsy, niiden tunnistus ja reititys ovat erittäin tärkeitä, tuotantolaitteiston koko elinkaaren ajan vaikuttavia seikkoja.

Selkeä tunnistus ja kätevät kiinnitysmenetelmät takaavat nopean ja tehokkaan huollon.

Myös kaapelin halkaisijan ja tyypin mukaiset vähimmäistaivutussäteet on huomioitava - erityisesti, kun on kyse optisista kaapeleista.

Esimerkiksi matalajännitteisen suojaamattoman signaalikaapelin reitittäminen analogisesta anturista suurtehokaapeleiden ja moottorikäyttöjen rinnalla voi aiheuttaa suurjännitepiikkejä, jotka indusoituvat anturituloihin ja aiheuttavat järjestelmän virheellisen toiminnan.

Viime aikoina suosituksi tulleet push-in-kaapeliliitännät nopeuttavat kaapelien asennusta. Jousikuormitetuilla liittimillä yksilankaisten johtimien tai valmiiksi koottujen pääteholkeilla varustettujen kaapelien liitäntä onnis48

tuu kätevästi ja luotettavasti ilman työkaluja. Kiinnitysvoimat on optimoitu pieniksi siten, että kaapelien rasitus on mahdollisimman vähäistä mutta liitäntöjen pitokyky riittää estämään kaapelien tahattoman irtoamisen.

STANDARDEILLA TURVALLISUUTTA Kansainvälisesti hyväksytyissä standardeissa on määritetty suurjänniteliittimien turvalliset suojaetäisyydet, enimmäisvuotovirrat ja sähköisten eristysjännitteiden alarajat. Räjähtävien tai syttyvien aineiden läheisyydessä mahdollisesti käytettäviin virtapiireihin sovelletaan luontaista vaarattomuutta koskevia asetuksia.

Nämä turvallisuusstandardit koskevat koko järjestelmää, ohjelmisto mukaan lukien.

Teollisuusautomaatiojärjestelmissä käytettävät puolijohdelaitteet sisältävät yhä enemmän toiminnallisia turvaominaisuuksia.

Sähkömekaanisia suojalaitteita ovat esimerkiksi pakko-ohjatut releet.

Standardeissa, kuten IEC61000 ja EMC-direktiivi 2014/30/EU, annetaan myös verkkokaapeleiden ja virtajohtimien suositellut vähimmäissuojaetäisyydet.

Järjestelmäsuunnittelijoiden ja kaappien suunnittelijoiden on syytä varmistaa vaatimustenmukaisuus tarkistamalla valmistajan tuotetiedot ja tekniset tiedot.

KAAPPIEN SUUNNITTELUN TULEVAISUUS Paneelivalmistajien työ on haasteellista, koska siinä tulee ottaa huomioon monia asetteluun ja suunnitteluun liittyviä tekijöitä.

Ohjauskaappien toimittajat tarjoavat kuitenkin nykyään kattavan valikoiman 3D-suunnittelutyökaluja, konfiguraattoreita ja digitaalisia järjestelmiä.

3D-suunnitteluresurssien, kuten kaappiin asennettavien laitteiden ja järjestelmien 3D-mallien avulla järjestelmäsuunnittelijat voivat visualisoida erilaisia asetteluvaihtoehtoja ennen optimaalisen järjestelyn valitsemista.

Kun määritykset on valittu, lämpöprofiili ja sähkömitoitukset voidaan mallintaa suunnittelusovelluksella. Suunnittelijat voivat helposti myös koota tarvittavat asiakirjat ja todistukset standardinmukaisuudesta.

EMC JA EMI - SÄHKÖISET HÄIRIÖT KURIIN Teollisuus on sähköisesti häiriöinen ala. Suurtaajuusmuuttajat, nopeat moottorikäytöt

LISÄTIETOJA Elfa Distrelec

ETNdigi - 1/2022

Reduce time to remediation with Percepio DevAlert Gain insights into your deployed devices with near-real-time reporting of runtime anomalies. With deep insight and visual diagnostic information, you eliminate wasted time spent on attempts to reproduce a problem. We report it, so you can fix it faster.

Custom, extensible data monitoring Crash-immune data collection Minimal footprint Efficient device monitoring at scale Fleet-wide view of issues and symptoms

Learn more at

percepio.com/devalert-device-insights.

ETNdigi - 1/2022

percepio.com 49

WANT TO JOIN US?

• ETNdigi is a special digital magazine from ETN. We cover components, test & measurement, radios & networks and the whole scope of embedded software. To put it short: Everything related to electronics & embedded design.

• In 2022 we plan to publish two magazines. Want to join us? Just contact ETN editor-in-chief Veijo Ojanperä at vo@etn.fi or our sales manager Anne-Charlotte Lantz at ac@etn.fi. More info about the pricing can be found at etn.fi/advertise