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Dossier.

Instrumentación

mundo Nº 429 • JUNIO 11

ELECTRÓNICA DE POTENCIA. Gestión del consumo embebido más allá del modo dormido CI de potencia de nitruro de galio sobre silicio DISEÑO. Redes de sensores para control de climatización mediante bus CAN

España: 19€ 19 - Extranjero: 27€ 27€ - CETISA EDITORES


Premio Excelencia a la Comunicación 2006 Col.legi d’EnginyersTècnics deTelecomunicacions (COETTC)

EDITORIAL

mundo

Test y medida, termómetro del sector

www.mundo-electronico.com EDITOR ÁREA ELECTRÓNICA: Eugenio Rey [rey@cetisa.com] DIRECTOR: Sergio Lorenzi [lorenzi@cetisa.com] COLABORADOR: Juan José Salgado MAQUETACIÓN: Rafael Cardona [cardona@cetisa.com] PUBLICIDAD Enric Carbó [ecarbo@cetisa.com] Miquel Cabo [mcabo@cetisa.com] Publicidad Internacional Sergio Lorenzi [lorenzi@cetisa.com] Módulos Susana Al Bitar [susana.albitar@tecnipublicaciones.com] Coordinadora Publicidad Isabel Palomar [ipalomar@cicinformacion.com] SUSCRIPCIONES Ingrid Torné e Elisabeth Díez [suscripciones@tecnipublicaciones.com] CONSEJO ASESOR JOSÉ LUIS ADANERO, JOSÉ CABALLERO ARTIGAS, ANDRÉS CAMPOS, ERNESTO CRUSELLES, EDMUNDO FERNÁNDEZ, PERE FITER, JESÚS GARCÍA TOMÁS, FRANCISCO J. HERRERA GÁLVEZ, GABRIEL JUNYENT, EMILIO LERA, FRANCISCO J.LÓPEZ HERRERO, MANUEL LÓPEZ-AMO SAINZ, JOSE MIGUEL LÓPEZ-HIGUERA, EDELMIRO LÓPEZ PÉREZ, CARLES MARTÍN BADELL, SALVADOR MARTÍNEZ, JOSÉ A. MARTÍN-PEREDA, MIGUEL DE OYARZÁBAL, RAMÓN PALLÀS, JUAN JOSÉ PERÉZ, RAFAEL PINDADO, JAVIER DE PRADA, VALENTÍN RODRÍGUEZ, SERGIO RUIZ-MORENO, JOSÉ M.SÁNCHEZ PENA, FRANCISCO SERRA, JOSÉ LUIS TEJERINA, PEDRO VICENTE DEL FRAILE, CARLOS VIVAS, JOSEBA ZUBIA. Edita:

L

as compañías especializadas en soluciones de test y medida han de sumar, a las exigencias propias del sector electrónico en su conjunto, la necesidad de ofrecer productos capaces de dar un paso adelante. Para realizar medidas en circuitos y sistemas de última generación es preciso estar un escalón por encima, pues de lo contrario su adaptación se vería imposibilitada. Esto se refleja perfectamente en la instrumentación para test y medida en redes de comunicaciones móviles. La enorme complejidad de estándares como LTE-Advanced, que fue introducido a finales de 2010, representa un ejemplo perfecto. No en vano, LTE-Advanced alcanza velocidades de pico de 1 Gbps en el enlace ascendente y de 500 Mbps en el descendente, muy superiores a los 300 y 75 Mbps, respectivamente, de la actual versión 8 de LTE. Todo ello con una eficiencia espectral pico de hasta 30 bps/Hz para el enlace ascendente, que duplica la cifra de la versión 8. El software juega un papel preponderante en la instrumentación actual, más allá del concepto de instrumentación virtual. De ahí que los suministradores de instrumentación tradicional se hayan visto obligados a desarrollar programas que, por medio de la simulación, agilicen las fases de desarrollo y despliegue, fundamentales para el futuro éxito del proyecto en plena instalación definitiva. No es extraño, por tanto, que el segmento de la instrumentación haya vivido su particular implosión y concentración, pues el listón competitivo en nada ha de envidiar al de los fabricantes de semiconductores de primer nivel.

Director General: Antonio Piqué Morató Directora Delegación de Cataluña: María Cruz Álvarez Editora Jefe: Patricia Rial OFICINAS: Administración: Avda Manoteras, 44 - 28050 MADRID Tel 91 297 20 00 - Fax 91 297 21 52 Redacción: Enric Granados, 7 - 08007 BARCELONA Tel 93 243 10 40 - Fax 93 349 23 50 CORRESPONSALES Valencia: J. ESPÍ, [José.Espi@un.es] Dpto. Ingeniería Electrónica. - Escuela Técnica Superior de Ingenieria. - Universitat de Valencia, Campus de Burjassot. C/ Dr. Moliner, 50. - 46100 Burjassot Argentina: ERNESTO FEDERICO TREO [etreo@herrera.unt.edu.ar] NATALIA M. LÓPEZ CELANI [nlopez@gateme.unsj.edu.ar] Los colaboradores de Mundo Electrónico pueden desarrollar libremente sus temas, sin que ello implique la solidaridad de la revista con su contenido. Los autores son los únicos responsablesde sus artículos. Los anunciantes son los únicos responsables de sus anuncios. Se prohíbe la reproducción total o parcial de ningún artículo de Mundo Electrónico, ni el almacenamiento en un sistema de informática ni transmisión en cualquier forma o por cualquier medio, electrónico, mecánico, fotográfico, registro u otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los editores. Reservados todos los derechos de reproducción, publicación, préstamo, alquiler o cualquier otra forma de cesión del uso delejemplar para todos los países e idiomas. © Grupo Tecnipublicaciones, S.L. Impresión: Printed in Spain. Dep. Legal: B. 24928-71 - ISSN-0300-3787

Mundo Electrónico | JUN 11


sumario

La portada NATIONAL INSTRUMENTS

Nº 429 / JUNIO 11

www.ni.com/spain

03 Editorial

Test y medida, termómetro del sector

06 Actualidad

Rutronik trata de convertirse en una compañia plenamente global - Los sensores de imagen CMOS, al alza - Ordenadores móviles en auge con las tabletas - La IEEE trabaja en el futuro de Ethernet a muy alta velocidad - Tarjetas y módulos de Kontron con la plataforma AMD Embedded G-Series - Energía eólica más eficiente gracias al sistema ITesTiT de la UPC

14 Opinión 6

Situación de los kits de desarrollo según las modificaciones de RoHS por Gary Nevison

16 Dossier: Instrumentación

■ Analizadores de redes vectoriales por Juan J. Salgado ■ Expectativas sobre las pruebas de LTE-Advanced por Jung-ik-Suh ■ El alquiler y el leasing: la mejor opción en tiempos de crisis por David Fernández

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Tendencias 30 Diseño.

■ Red de sensores para control de climatización mediante bus CAN por J. Torres, A. Aguilar, B. Paz, C. Viegas, R. García y G. Martínez

40 Electrónica de Potencia.

■ CI de potencia de GaN sobre Si por Michael A. Briere

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46 Electrónica de potencia.

■ Gestión del consumo embebido más allá del modo dormido por Jason Tollefson

50 Productos y servicios

La solución: Analizador vectorial de redes hasta 110 GHz de Anritsu

58 Índices y avance

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actualidad 6

EMPRESAS Y MERCADOS

El distribuidor alemán potencia su presencia fuera de Europa

Rutronik trata de convertirse en una compañía plenamente global S. Lorenzi

■ De distribuidor paneuropeo a empresa global de referencia. Tal es el mensaje que intenta transmitir la firma alemana Rutronik, cuyas ventas ya en 2010 superaron claramente los 600 millones de euros en plena expansión geográfica, sobre todo en Asia, donde ha abierto varias oficinas en diversas ciudades. Si bien es cierto que la base del negocio de Rutronik es sobre todo europea, y sigue centrada en bue-

na parte en el mercado alemán, el negocio en otros países del continente ya son superiores a las registradas en territorio germano. Por grupos de producto, el protagonismo recae en los semiconductores dirigidos a los sectores industrial y del automóvil. Entre sus principales proveedores se encuentran Infineon Technologies, Osram, Renesas, STMicroelectronics, Vishay y Microchip Technology. En Europa, Rutronik cuenta con oficinas en 27 países y es el tercer mayor distribuidor por volumen de negocio. La compañía fue fundada en 1973 y sigue siendo una empresa familiar gestionada por Helmut y Thomas Rudel. En 2008 se creó Rusol, especializada en soluciones fotovoltaicas de alta calidad. UN NUEVO MODELO DE NEGOCIO El nuevo modelo de negocio que intenta aplicar Rutronik pasa por sumar, a los procesos realizados en Europa y al sello de calidad de las actividades desarrolladas aquí, el diseño y la fabricación en otras latitudes. La logística y las ventas a través de la web de la compañía (Webgate) constituyen dos aspectos clave en esta nueva etapa. En España, la filial de Rutronik cuenta con 17 empleados y tres oficinas (Madrid, Barcelona y San Sebastián). Eficiencia energética e iluminación LED centran el crecimiento de las ventas para el equipo dirigido por Stephan Keune. Entre los principales objetivos que se ha marcado la compañía para el año 2015 se encuentra en primer lugar su plena globalización, junto con la penetración en nuevos mercados (iluminación, energías renovables, medicina, aviación), mejoras de tipo logístico y trazabilidad, así como potenciar la fidelidad del cliente a largo plazo. Por lo que respecta a los nuevos mercados, Rutronik tiene estructurada su actividad en una serie de segmentos verticales de mercado: medicina, iluminación, energías renovables, industria, automoción y electrodomésticos. En todos ellos el protagonismo de la Electrónica se encuentra en pleno auge, y en el fon-

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do estas perspectivas junto con el fuerte avance de la demanda en los países emergentes centran las esperanzas de la compañía. WEBGATE, PLATAFORMA DE VENTA ON-LINE La consulta de catálogos, especificaciones técnicas, precios y existencias a través de Internet es una realidad, al igual que la venta, y Rutronik propone para ello su Webgate (www.rutronik.com/webgate), que cumple todos estos requisitos de forma eminentemente práctica y con un manejo sumamente intuitivo. La Webgate permite acceder a los datos de más de un millón de productos y proporciona completa información sobre plazos de entrega, parámetros del producto, números de referencia y hojas de datos. También se pueden formular preguntas a técnicos expertos. Otras ventajas son la conexión directa (y en el idioma local) con la persona de contacto correspondiente de Rutronik y la visualización de notificaciones de cambios de producto.


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La resolución supera los 16 Mpuntos

Los sensores de imagen CMOS, al alza ■ Según los analistas de IC Insights el mercado de sensores de imagen CMOS podría crecer por encima del 13% a lo largo de este año para alcanzar una cifra total de ventas de 5.100 millones de dólares, con lo que se superaría la mayor cifra de mercado en este tipo de dispositivos que se alcanzó en 2008 con un volumen de negocio de 4.600 millones de dólares. A más largo plazo, las previsiones también son optimistas de forma que en el período 2011 a 2015 podría suponer un incremento medio interanual superior al 11% para llegar a una cifra de negocio de 7.600 millones de dólares al final del ciclo indicado cuando, además, los sensores CMOS representarán el 66% del total de sensores de imagen, 8 puntos por encima de la cuota de mercado en 2010. El mercado total pasó un mal año en 2009 con una caída del 16% que se compensó el año pasado con un incremento del 17%. Son los dispositivos CCD los que suponen la mayor parte de las ventas, en concreto el 42% del total en 2010, y la proyección es que este porcentaje se reduzca al 34% en 2015. Este mercado además está diversificado con más de 35 proveedores a escala mundial que cuentan con todo tipo de aplicaciones y los nuevos productos, como el caso de las tabletas, siguen incluyéndolos y se están incorporando en más dispositivos portátiles. Al mismo tiempo, la capacidad de producción se ha incrementado del mismo modo que la integración que en estos momentos trabaja con tecnología de 65 nm para ofrecer resoluciones de imagen por encima de los 16 Mpuntos.

Ordenadores móviles en auge con las tabletas ■ Las ventas de PC portátiles (de tipo netbook, notebook y tablet) alcanzarán un volumen de negocio de unos 278 millones de unidades este año, lo que supone un incremento del 27% respecto a las unidades comercializadas durante 2010 según la consultora DisplaySearch. En este estudio también se remarca que la comercialización de netbooks se reducirá a favor de los notebook y, sobre todo, de las nuevas tabletas táctiles. El análisis prevé una desaceleración en el corto plazo, pero se recuperará a corto plazo gracias a los mercados emergentes y su necesidad de PC. Por regiones, EE.UU. sigue siendo el principal mercado con 91 millones de unidades para el 2011, que seguirán incrementándose hasta 108,6 millones de unidades en 2012. En cuanto al mercado de tabletas, el primer semestre del año puede tener un importante número de ventas a medida que los fabricantes presentan alternativas al modelo iPad de Apple. Se prevé que la cifra de unidades alcance los 52,4 millones comercializadas en el 2011. Los notebooks seguirán siendo el principal segmento de este mercado con un incremento del 27% este 2011, hasta llegar a los 200 millones de unidades. Sin embargo, la previsión no es tan buena a largo plazo puesto que puede suceder como con los netbooks que han caído un 20% respecto al año anterior para totalizar 25,4 millones de unidades. Mundo Electrónico | JUN 11


actualidad

Tecnología

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Crecimiento del 140% durante 2010 para los inversores fotovoltaicos ■ El informe de mercado más reciente de la consultora IMS Research, ha señalado que Power-One ganó se ha convertido en el principal proveedor de convertidores fotovoltaicos durante el año 2010 y ha logrado llegar a la cabeza del mercado. Además, el informe revela que las diez principales empresas son europeas por primera vez en la historia debido al importante crecimiento en Europa. Los cinco primeros puestos por cuota de mercado con datos del año 2010 corresponden a Power-One, Siemens, Energía Avanzada, Sungrow y Danfoss. El mercado mundial de inversores fotovoltaicos tuvo un crecimiento del 140% durante el pasado año gracias a los mercados de Alemania, Italia, República Checa y Francia como los principales impulsores. Las previsiones para 2011 señalan un salto en el mercado del otro lado del Atlántico. De esta forma, según todas las previsiones será el mercado estadounidense el que más invierta en este tipo de sistemas, por lo cual proveedores norteamericanos como Satcon y Advanced Energy podrían dar un importante salto en cuanto a cuota de mercado en el 2011.

Android se hace con más de la tercera parte del mercado de teléfonos inteligentes ■ Un estudio de mercado de la consultora Canalys señala que el sistema operativo para terminales móviles Android se ha hecho con el 35% de la cuota de mercado en el primer trimestre de 2011 para alcanzar más de 35 millones de unidades que lo incorporan de los 101 millones de terminales inteligentes (smartphones) comercializados en este período. Por otro lado, Asia se ha convertido en el mayor mercado de teléfonos inteligentes con un crecimiento interanual del 98% para superar los 37 millones de unidades comercializadas, cifra superior a la del mercado europeo. Por fabricantes, Nokia sigue manteniendo la posición de liderazgo con más de 24 millones de unidades vendidas y un crecimiento interanual del 13% que le hace mantenerse por delante de fabricantes como RIM y Apple. JUN 11 | Mundo Electrónico

Hay dos propuestas muy distintas

La IEEE trabaja en el futuro de Ethernet a muy alta velocidad ■ El IEEE ha puesto en marcha un nuevo grupo de trabajo para explorar lo que vendrá después de las redes Ethernet de 40 y 10 Gbps. El grupo Especial de Evaluación Ethernet 802.3 es el encargado de recoger los datos desde este momento y hasta que presente el informe previsto para junio de 2012. El estudio se hace ineludible puesto que hay dos alternativas diametralmente opuestas para el futuro. Por un lado, compañías como Google y Facebook que trabajan con inmensos centros de datos han pedido ya la puesta en marcha de Terabit Ethernet para el año 2013 de forma que les permita manejar el crecimiento en el manejo de datos y de vídeo. La visión más realista la han puesto los fabricantes de componentes que reclaman un paso intermedio antes de llegar a los terabits por segundo en lo que sería una red Ethernet trabajando a 400 Gbps. PLATAFORMAS COMPETIDORAS Las dos alternativas representan una competición entre proveedores de componentes y las crecientes demandas de velocidad y ancho de banda por parte de los clientes. Los fabricantes indican que es muy poco realista acelerar una tecnología que

todavía dista mucho de llevarse a la práctica. De hecho, los fabricantes están trabajando en estos momentos en plataformas con velocidades serie entre 10 y 25 Gbps por canal para sistemas de 16 canales y, según estos fabricantes, incluir más de 16 canales por sistema no es factible, de ahí lo de la red intermedia de 400 Gbps. Este debate se ha abierto cuando el estándar Ethernet 802.3ba se acaba de ratificar, oficialmente en mayo de 2010, dando las definiciones para los sistemas Ethernet tanto de 40 como de 100 Gbps. Teniendo en cuenta lo complicado que ha sido poner de acuerdo a todas las partes para este estándar, saltar al siguiente va a resultar mucho más complicado, tanto de una manera formal como práctica. Mientras unos ingenieros siguen discutiendo con los estándares, otros están intentando adoptar sistemas basados en canales de 25 Gbps (los actuales) a trabajar en sistemas de 100 Gbps por canal como salto básico para poder acometer la siguiente generación de redes Ethernet. La red Ethernet empieza a llegar a su límite tecnológico y no es descartable que se empiecen a plantear alternativas que permitan una mayor velocidad a medio plazo.

Femto Forum publica una guía para la arquitectura LTE ■ La asociación industrial independiente Femto Forum ha publicado un guía para ayudar a la puesta en marcha de las arquitecturas de femtocélulas de comunicaciones con tecnología LTE (Long Term Evolution) dentro del estándar 3GPP. En esta guía se señala que se puede reaprovechar la infraestructura existente para dar mayor velocidad a la puesta en marcha de la nueva tecnología. Las femtocélulas son importantes para las redes LTE puesto que permiten mejorar el negocio del operador de comunicaciones al mismo tiempo que proporciona un mayor nivel de servicios específicos al abonado. El informe muestra las tres opciones de esta arquitectura que existen integradas en la norma LTE que permite

soportar los diferentes escenarios de despliegue de la red. Además la guía muestra los condicionamientos que deben tener en cuenta los operadores para decidirse por la arquitectura que más se adapte a sus necesidades en base de su modelo de negocio y las circunstancias específicas de su zona. Además, el informe también indica las ventajas principales que aporta esta tecnología en cuanto a rendimiento, garantizando que más usuarios reciban picos de velocidad de datos muchas más veces, tanto en el interior de edificios, donde se consumen la gran mayoría de los datos de banda ancha móvil, como en el exterior a través de modelos metropolitanos y rurales.


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Basada en sus controladores TrueTouch

Tecnología táctil monocapa de Cypress ■ Cypress Semiconductor ha desarrollado una tecnología táctil de capa única basada en sus controladores de pantalla táctil de la familia TrueTouch. Las tradicionales pantallas táctiles capacitivas utilizan un sensor de doble capa para ofrecer la precisión y linealidad necesaria para que el manejo táctil sea adecuado. Cypress ha desarrollado algoritmos que interactúan con un sensor de una sola capa que ofrece el mismo rendimiento del sistema de dos capas. La eliminación de esta segunda capa sensor puede ahorrar a los fabricantes de dispositivos móviles más del 30% en costes del sensor. Cypress ha señalado que incluso con la capa sensor única, la solución TrueTouch ofrece una precisión superior a 1,25 mm, una buena relación señal-ruido, un tiempo de respuesta de 0,0125 s y una potencia activa de 3,6 mW. La tecnología que utiliza en el modelo CY8CTST241 (para uso con un único dedo) y el modelo CY8CTST242 (que añade gestos limitados con dos dedos) añade limitados gestos con dos dedos como "pizca" y "zoom") ofrece una precisión con pantalla táctil de alrededor de 1 mm y una capacidad de respuesta mejorada, reduciendo además el conste de componentes del sistema total.

Papel electrónico de 300 ppp de Seiko Epson ■ E Ink Holdings y Seiko Epson han anunciado el desarrollo conjunto de un dispositivo de papel electrónico de 300 ppp que permite ofrecer imágenes y texto nítido que puede utilizarse como lector de documentos. La combinación de la pantalla de de alta resolución de E Ink con la tecnología de papel electrónico de alta velocidad de Epson ha permitido crear un nuevo dispositivo que permite mejorar la legibilidad de los documentos que requiera el procesado de grandes cantidades de datos. Es una pantalla similar a un papel delgada y ligera y con muy bajo consumo de energía, destinado al mercado de reproductores de documentos/libros y que pretende meterse en el mercado de educación y los negocios que empiezan a exigir la existencia de dispositivos tipo ePaper (papel electrónico) que elimine la necesidad del papel tradicional, pero siempre con una elevada resolución, superior a los actuales 160 ppp, que limita determinadas imágenes, gráficos y caracteres asiáticos. Epson ha desarrollado una plataforma controladora de alta velocidad adecuada para lectores de libros electrónicos y tabletas electrónicas de alta resolución. E Ink fabrica de forma estándar el ePaper con una resolución de 300 ppp a partir de una diagonal de 9,68 pulgadas con 2400x1650 puntos. Epson, además de la plataforma controladora, aporta su experiencia en procesado de imágenes y administración de energía, y ha desarrollado un firmware específico. Mundo Electrónico | JUN 11


actualidad

Tecnología

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Rendimiento gráfico de alto nivel para diseños SFF de bajo consumo

Tarjetas y módulos de Kontron con la plataforma AMD Embedded G-Series Norbert Hauser Vicepresidente de Marketing de Kontron

La nueva plataforma AMD Embedded G-Series integra núcleos procesadores de elevada eficiencia energética y una unidad de procesamiento gráfico con capacidad DirectX 11 en un procesador embebido innovador: la Unidad de Procesamiento Avanzado (APU). La tecnología Fusion de AMD permite a los fabricantes OEM incrementar el rendimiento, la eficiencia y la movilidad de sus aplicaciones small-formfactor (SFF). Kontron simplifica y acelera la integración de la tecnología Fusion al soportar la mayoría de formatos para aplicaciones gráficas SFF actuales y futuras. ■ Los enormes avances en la industria de los semiconductores han contribuido a que el número de transistores de una zona de silicio dada prácticamente se haya doblado cada dos años. Esto ha allanado el camino para que los ingenieros incorporen núcleos procesadores x86 adicionales y otras funcionalidades a los dies, haciendo que las CPU sean más rápidas, versátiles y eficientes que nunca. Estas mejoras también son la base para el casi uso “omnipresente” de tecnología informática embebida x86 en una creciente variedad de aplicaciones y mercados verticales. Incluso con estos grandes avances en rendimiento y consumo de energía, existe un área del sector de informática embebida que hasta ahora no había podido seguir este ritmo de crecimiento: las aplicaciones gráficas. Como las ventajas de la tecnología embebida están ganando adeptos en los nuevos mercados verticales, entre las que destacan aplicaciones multimedia, quioscos, POI/POS y juegos, JUN 11 | Mundo Electrónico

Figura 1. Con un tamaño compacto de 19 x 19 mm, la nueva AMD Embedded G-Series APU integra una CPU con núcleo sencillo o doble, una GPU programable, una unidad de decodificación de vídeo y controladores de memoria y PCI Express en una sola pastilla de semiconductores.

que demandan unas excelentes prestaciones gráficas y necesitan soporte a través de los últimos API (como DirectX 11), los OEM han tenido que buscar soluciones que superen dichos requerimientos para crear experiencias visuales “ricas” para los usuarios. NUEVAS UNIDADES DE PROCESAMIENTO Las tarjetas y los módulos embebidos equipados con la plataforma AMD Embedded G-Series proporcionan todas las características requeridas con un tamaño extremadamente compacto. La Serie G es la primera en integrar la nueva APU Fusion, que combina capacidades informáticas de la tecnología x86 con la potencia paralela de un una unidad de procesamiento gráfico para propósitos generales (GPGPU) en una sola unidad informática. Estas características ayudan a los OEM a desarrollar aplicaciones SFF de bajo consumo que anteriormente eran “dominio” de diseños multinúcleo de elevado rendimiento.

Estas nuevas soluciones APU no solo incluyen un procesador AMD 64 con núcleo sencillo o doble, sino que también incorporan un motor de procesamiento gráfico y paralelo con capacidad DirectX 11, UVD 3.0 (bloque de aceleración de vídeo de alta definición), un controlador de memoria DDR3 y un controlador PCI Express 2.0. La Serie G ofrece cinco versiones diferentes, desde el AMD T44R con una CPU AMD 64 mononúcleo de 1,0 GHz y 9 W TDP al AMD T56 N con una CPU de doble núcleo de 1,6 GHz y 18 W TDP en una sola plataforma, para que los OEM puedan ajustar las prestaciones y el consumo de energía a los objetivos de cada aplicación. Además, aquellos clientes que quieren crear una línea completa de productos, para todas las gamas, pueden hacerlo con esta plataforma embebida, ya que eliminan la necesidad de adaptar el sistema operativo y el software a diferentes juegos de circuitos, al usar la misma configuración en ca-


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da dispositivo. Esto contribuye a reducir el esfuerzo de desarrollo, minimizar el tiempo de llegada al mercado y disminuir el coste total de propiedad (TCO). Gracias a su baja potencia de diseño térmico de solo 9 o 18 W, las APU de la Serie G están especialmente indicadas para aplicaciones sin ventilador y de bajo consumo, como infoentretenimiento en exteriores, quioscos y paneles informativos o publicitarios. Para aplicaciones móviles, como los PC usados en entornos sanitarios o industriales, el bajo consumo de las APU es una característica esencial. EXCELENTE RENDIMIENTO GRÁFICO Común a todos los niveles de rendimiento de los nuevos módulos y tarjetas basados en la plataforma AMD Embedded G-Series son las capacidades gráficas ‘discrete-level’. Dotando de soporte para el último API DirectX 11, las soluciones AMD mejoran las aplicaciones SFF gráficas. El AMD Radeon HD6310 soporta DirectX 11 y OpenGL 4.0 y proporciona a los usuarios una “experiencia” gráfica 2D o 3D superior con resoluciones de hasta 2560 x 1600 píxels). Esto permite el diseño de sistemas que ahorran espacio sin necesidad de una tarjeta gráfica “dedicada”. Al integrar el Decodificador de Vídeo Universal (UVD) 3.0 que descarga de trabajo a la CPU a la hora de decodificar flujos de vídeo, las tarjetas y los módulos con los nuevos procesadores Fusion establecen un hito en el sector. Son compatibles con vídeos BluRay 1080p con HDCP y HD MPEG-2 y DivX (MPEG-4). La nueva plataforma AMD también soporta la decodificación de hasta tres vídeos HD en paralelo y puede trabajar con un máximo de cuatro visualizadores, consecuencia de su amplia variedad de interfaces, incluyendo DisplayPort, DVI y HDMI, así como LVDS y VGA. Esto es ideal para sistema multimonitor. Por lo tanto, este nivel de integración gráfica sin precedentes establece la base para desarrollar contenido multimedia en una plataforma SFF eficiente para un gran número de diseños de bajo consumo en aplicaciones embebidas, tales como equipos set-top box x86, IP-TV, thin clients, quioscos de información, puntos de venta y sistemas de juegos. PRESTACIONES SIMILARES A “SUPERORDENADORES” Otro sector para el que están especialmente indicadas las tarjetas de Kontron con APU AMD es el de aquellas aplicaciones que requieren más capacidades informáticas paralelas. Reconocimiento de patrones en tiempo real en tareas de control de calidad, análisis de datos de sonar o radar, vídeovigilancia y entornos sanitarios (reconstrucción de imágenes de rayos X en 3D y detección de anomalías) son algunos ejemplos. Todas estas aplicaciones requieren varios núcleos de procesamiento que pueden gestionar enormes cantidades de datos en paralelo. Cientos, quizá miles, de contenidos individuales necesitan ser procesados para manipular un elevado volumen de flujos de datos. Sin embargo, las arquitecturas tradicionales de CPU y las herramientas de aplicación-programación están optimizadas para escalar estructuras de datos y series de algoritmos. Por consiguiente, no son la mejor opción para dichas tareas de procesamiento vectorial. Pero cómo es posible que una tarjeta gráfica integrada pueda ayudar a incrementar el rendimiento informático. Con el objetivo de disponer de juegos 3D en electrónica de consumo, las actuales unidades de procesamiento gráfico (GPU) han evolucionado en procesadores de vector prograMundo Electrónico | JUN 11


actualidad

Tecnología

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Figura 2. En combinación con el hub de controlador I/O A50M con soporte para interfaces avanzados, como SATA de 6 Gbps, Generation 2 PCI Express y HD Audio, la Serie G desarrolla una solución de bajo consumo para aquellas aplicaciones que requieren un mejor equilibrio de CPU y rendimiento multimedia. Para plataformas de gama alta, el hub de controlador I/O A55E es una buena alternativa con las características de Gigabit Ethernet MAC, soporte RAID (0/1/10) con conmutación basada en FIS y soporte de bus local PCI.

Figura 3. El Computer-on-Module compacto COM Express con formato microETXexpress-OH de Kontron proporciona excelente rendimiento gráfico y funcionalidad GPGPU para diseños SFF de elevada eficiencia energética. JUN 11 | Mundo Electrónico

mable que pueden acelerar una amplia variedad de aplicaciones de software. Estas “GPU de propósitos generales” no se limitan al mercado de consumo y ya han hecho acto de presencia en el sector embebido con la llegada de la nueva plataforma AMD Embedded GSeries. Además, los API, como DirectX y OpenGL, han facilitado el uso de estos recursos tradicionales por parte de los desarrolladores de aplicaciones gráficas intensivas. Recientemente, las nuevas herramientas de software, como DirectCompute y OpenCL, han contribuido a abrir la potencia informática de los núcleos GPU programables en estas aplicaciones. Hasta hace muy poco tiempo, los desarrolladores no tenían acceso a soluciones embebidas que hicieran uso de esta tecnología innovadora. Ahora, con la nueva plataforma de AMD, existe soporte para esta forma eficiente de proceso de datos y los OEM pueden añadir la potencia de proceso paralelo de la AMD Radeon 6310 GPU a sus aplicaciones. Haciendo esto, es posible incorporar rendimiento de “superordenadores” a diseños embebidos SFF y obtener un rendimiento por vatio impensable previamente. BLOQUES DE CONSTRUCCIÓN PARA DISPOSITIVOS SFF CON GRÁFICOS Este conjunto de características convierte a tarjetas y módulos en el sustituto ideal para muchas plataformas existente. Pero no solo esto, también se pueden emplear para diseños completamente nuevos y áreas de aplicación como SFF. Al implementar las nuevas AMD APU en los formatos más comunes para aplicaciones gráficas, como Computer-on-Modules (COM), SBC SFF y placas madre, Kontron aprovecha esta arquitectura innovadora para desarrollo de aplicación. Además, con el soporte para OpenCL 11 y Microsoft DirectCompute, el procesamiento paralelo ejecutado por los núcleos gráficos acelerará las aplicaciones de proceso vectorial, como vídeovigilancia en automatización industrial, defensa y sanidad. Los OEM y los integradores de sistema ya pueden contar con plataformas validadas y escalables que ofrecen capacidades avanzadas y reducen el esfuerzo de desarrollo, los riesgos de diseño y el tiempo de llegada al mercado para aplicaciones gráficas y de datos paralelos.


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Software que prevé el fallo del motor en el aerogenerador

Energía eólica más eficiente gracias al sistema ITesTiT de la UPC ■ Las cuatro grandes empresas del sector en Europa (Vestas, Gamesa, Ecotecnia y Alstom Wind) pierden cada año 800 millones de euros debido a fallos de los sistemas mecánicos, eléctricos y electrónicos que forman parte de los aerogeneradores. En España, las pérdidas se cifran en 76 millones de euros. El grupo de investigación de Accionamientos Electrónicos y Aplicaciones Industriales (MCIA), de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) en Terrassa, ha creado un sistema que gana en eficiencia y detecta, de una manera altamente fiable, cómo y de qué manera pueden fallar los aerogeneradores. Llamado ITesTiT, el innovador sistema se puede aplicar también a la industria aeronáutica y a la de los coches eléctricos e híbridos. El iTesTiT es un software capaz de predecir de una manera fiable cómo,

cuándo y de qué manera podría fallar el motor eléctrico de un aerogenerador, sus engranajes, el orientador, el controlador de temperatura, el lubricador, las protecciones de la conexión, el transformador, la multiplicadora, el cableado, las protecciones eléctricas de los componentes mecánicos, hidráulicos o electrónicos y todo el sistema de electrónica de potencia con que funcionan. Es decir, iTesTiT analiza cada unos de los componentes del aparato y lo hace gracias a los procesado de señales, la extracción de patrones y el tratamiento de datos. Con la diagnosis final que el sistema genera, los ingenieros pueden predecir el comportamiento futuro de un sistema mecatrónico. La tecnología iTesTiT detecta concretamente las quiebras en los sistemas eléctricos, en el posicionador, en el generador, en la multiplicadora y en la cadena de tracción. El conjunto de fallos

de estos componentes pueden suponer hasta el 40% de todas las que sufren los aerogeneradores. Por lo tanto, el sistema creado por el MCIA de la UPC podría generar, sólo en España, un ahorro para las grandes compañías del sector de unos 15 millones de euros cada año. PATENTES REGISTRADAS El sistema iTesTiT cuenta con 5 patentes registradas y será comercializado gracias a la constitución de una nueva empresa de base tecnológica, con participación de la UPC y que trae el mismo nombre que la tecnología. El Centro Tecnológico de Manresa (CTM) ha sido el encargado de gestionar y perfilar toda la parte comercial y legal del proyecto. Los creadores de iTesTiT aspiran a lograr una cuota de mercado en el sector de la energía eólica del 5% con esta tecnología.

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OPINIÓN 14

Gary Nevison Responsable del Área de Legislación Farnell Europa

Situación de los kits de desarrollo según las modificaciones de RoHS ■ LA SITUACIÓN DE LOS KITS DE DESARROLLO Y LAS PLACAS DE EVALUACIÓN SEGÚN LA DIRECTIVA ROHS SIEMPRE HA SIDO AMBIGUA Y DEBATIDA POR LA INDUSTRIA DE LA ELECTRÓNICA, SIN QUE SE HAYA TOMADO NINGUNA DECISIÓN LEGALMENTE VINCULANTE. El gobierno alemán tomó hace años la decisión de que los circuitos impresos que se vendieran de forma separada (por ejemplo, para aumentar la memoria de ordenadores o añadir nuevas funciones a estos últimos) serían considerados como productos separados según el ámbito de las directivas RoHS y RAEE, a pesar de no tener sus propias cajas o fuentes de alimentación individuales. Ahora todos los demás estados comunitarios comparten la misma opinión. El ámbito de la directiva RoHS abarca los equipos eléctricos y electrónicos de las categorías 1, 7 y 10 de la directiva RAEE. No existe un requisito para los productos sobre si tienen o no sus propias cajas, y pueden usar cualquier fuente de alimentación, incluso pilas, cables USB, etc. La directiva RoHS sólo limita su ámbito a los productos que dependen de la electricidad para su funcionamiento. Por consiguiente, los circuitos impresos distribuidos por separado a los usuarios pertenecen al ámbito de la directiva si sus funciones principales entran en alguna de las ocho categorías de RoHS. La única guía publicada respecto a los kits de desarrollo y las placas de evaluación es la disponible en el organismo encargado del cumplimiento de RoHS en el Reino Unido, la NMO (National Measurement Office). Comentamos a continuación lo que indica la guía al respecto.

Placas de evaluación de semiconductores

“Los circuitos impresos distribuidos por separado a los usuarios pertenecen al ámbito de la directiva si sus funciones principales entran en alguna de las ocho categorías de RoHS” JUN 11 | Mundo Electrónico

El término placas de evaluación cubre una amplia gama de productos, desde productos simples hasta sistemas complejos totalmente integrados. En la mayoría de los casos, la placa de evaluación es de hecho un ordenador de una sola placa que permite la conexión a dispositivos periféricos y/o de entrada para facilitar la programación y la revisión de los chips. Por consiguiente, la mayoría de las placas de evaluación están en la categoría 3 de la directiva RAEE, Equipos de Informática y Telecomunicaciones, y deben ser conformes a RoHS. En raras ocasiones, estas placas se pueden considerar como consumibles que no entran en el ámbito de RoHS según lo descrito en el documento de preguntas y respuestas de la Comisión Europea. Esto implica que la mayoría de los tipos de placas de evaluación son de hecho ordenadores de una sola placa y por tanto se encuadran en la categoría 3 de la directiva RAEE. Esto es correcto para todos los productos cuya función principal


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Cortesía Microsemi

“Muchas placas que se ofrecen como placas de evaluación están en el ámbito original de RoHS, especialmente si, como en la mayoría de los casos, su función es informática, pero el ámbito cambiará específicamente para excluirlas” sea la informática y entrarán en el ámbito de la directiva RoHS. Por eso es claro que cualquier placa de desarrollo que se use para programar circuitos integrados entrará en el ámbito. La NMO admite que algunas placas de evaluación no entrarán en la categoría 3, aunque sólo se mencionan los consumibles como ejemplos de lo que se sale del ámbito. Aunque la función principal de la mayoría de las placas de evaluación es dar información, y por tanto entran en el ámbito de RoHS, existen algunas excepciones. Así, la categoría 3 incluye específicamente “equipos de informática y telecomunicaciones” y no simplemente "información" como en el caso del tiempo que muestra un reloj de alimentación eléctrica (incluido en la categoría 4) o un instrumento de medida (que puede dar información sobre temperatura, etc.) que estaría incluido en la categoría 9 y por ende excluido de RoHS en la actualidad. Hay placas de evaluación disponibles, por ejemplo, para diseñar circuitos de cargadores de pilas de litio. Éstos no tienen una función informática (así que no están en la categoría 3) y no están hechos para cargar las pilas de litio (por lo que no están en la categoría 6 de herramientas). De hecho, no parece haber ninguna categoría en RAEE que sea apropiada para este tipo de placa de evaluación.

Efectos de la modificación RoHS El ámbito de la directiva RoHS se abrirá para abarcar todos los equipos eléctricos a menos que se indique lo contrario explícitamente en las excepciones. Una nueva exclusión dice que "los equipos diseñados específicamente para fines investigativos y de desarrollo sólo pueden ofrecerse de empresa a empresa". Esto pretende excluir las placas de evaluación y de desarrollo, ya que su fin es investigativo, aunque los tipos de placas que se venden a estudiantes o que se usan en educación (es decir los que no son I+D) no serán excluidos. Es probable que la modificación de la directiva entre en vigor en abril o mayo de 2011 cuando se publique en el Diario Oficial.

RoHS fuera de la Unión Europea Existen legislaciones de restricción de sustancias similares a RoHS en cada vez más países en todo el mundo y en varios estados de EE.UU. Estas restricciones, tanto las ya existentes como las que se están planeando, se aplican a un ámbito más limitado que el de RoHS Europa y no incluyen aún las placas de desarrollo y evaluación. En conclusión, muchas placas que se ofrecen como placas de evaluación están en el ámbito original de RoHS, especialmente si, como en la mayoría de los casos, su función es informática, pero el ámbito cambiará específicamente para excluirlas. Para determinar si una placa de desarrollo está en el ámbito de RoHS Europa después de las modificaciones, será necesario revisar individualmente cada tipo de placa para definir si se han diseñado únicamente con fines de I+D y si sólo la utilizarán las empresas; de otro modo estarán en el ámbito. En caso de que haya alguna duda, sólo un tribunal puede ofrecer una opinión legalmente vinculante. Las placas de evaluación y desarrollo no están sujetas a ninguna restricción de sustancias del tipo RoHS fuera de la Unión Europea. ● Mundo Electrónico | JUN 11


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Medidas en comunicaciones

Analizadores de redes vectoriales Los modernos sistemas de comunicaciones trabajan a frecuencias muy elevadas y, por tanto, requieren sistemas de medida que puedan responder a estas frecuencias. Si hace medio siglo los analizadores de espectro eran equipos indispensables para cualquier medida, en la actualidad el relevo lo han tomado los analizadores de redes vectoriales, que son modernos sistemas especializados en medidas de RF o HF. Estos equipos de medida permiten responder a necesidades como gran ancho de banda, alta velocidad y amplio margen dinámico que en los nuevos sistemas de medida se combina con una precisión óptima, una gestión no lineal de las medidas y un manejo cada día más intuitiva que permite responder a la necesidad de un usuario menos experto como pueden ser los técnicos de mantenimiento.

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Juan J. Salgado

os analizadores de redes vectoriales o VNA (vectorial network analyzers) son tan temidos por su complejidad como necesarios para la medida de frecuencias más elevadas dentro del margen de RF/HF. Su funcionamiento se basa en la caracterización de la transmisión y la recepción tanto de los componentes pasivos como activos que intervienen dentro de cualquier red de comunicaciones. Estos sistemas están íntimamente relacionados con la optimización de dispositivos y trabajan en

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muchos casos en combinación con los simuladores de software y los generadores de señal de forma que su trabajo completa la modelización de la red de comunicaciones. El VNA examina la amplitud y la fase de las señales de forma que permite evaluar la impedancia compleja del circuito bajo test; en concreto, comprueban los parámetros de entrada y salida, así como las transferencias directa e inversa de cualquier componente que forman par-

te de la red de comunicaciones. Por esta razón trabaja con parámetros tales como fase, ganancia, pérdidas de inserción, coeficiente de reflexión, relación de ondas estacionarias, aislamiento, etc., así como otros parámetros algo más complejos como pueden ser los parámetros S que miden la dispersión de la señal. A partir de la medida de los parámetros citados se deducen determinados valores importantes para la carac-


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terización del componente como puede ser el caso de la compresión de ganancia, el tiempo de propagación del grupo de señal, la desviación respecto a la relación de fase lineal, los puntos de intercepción, la intermodulación, el factor de ruido u otros parámetros secundarios para la caracterización del componente específico que se quiere determinar. Los componentes sobre los cuales se pueden realizar medidas con el VNA son en su mayoría dispositivos incorporados a las redes de comunicaciones como filtros de red, filtros de línea, mezclador, conmutador, atenuador, amplificador o multiplicador de frecuencia. Pero las medidas pueden bajar de nivel para ampliar la verificación en el silicio de la conexión de comunicación. Para completar cualquier medida, el analizador de redes se puede subdividir en cinco partes principales: el generador que permite la producción de señales sintetizadas; la unidad de test propiamente dicha que permite recuperar las ondas incidentes y reflejadas a partir de acopladores directos. La siguiente etapa es la amplificación selectiva basada en un amplificador heterodino, después se encuentra el detector de tipo síncrono y finalmente la etapa de tratamiento y visualización de la señal. Estos equipos acostumbran a contar con dos canales: a uno se le denomina canal de referencia y se utiliza para la señal generada por el generador y el otro canal es el de medida propiamente dicho. Los modernos VNA se completan con un PC que permite aportarles los sistemas de tratamiento de datos y caracterización de la señal necesarios para que los resultados sean fácilmente interpretables por el técnico. EQUIPAMIENTO DE ALTO NIVEL La tecnología que incorporan estos instrumentos, teniendo en cuenta los sistemas y la complejidad de la tecnología, ha provocado que el número de fabricantes que ofrecen VNA sea muy reducido. Teniendo en cuenta la complejidad de estos sistemas de medida, no es de extrañar que sean los grandes fabricantes de sistemas de medida especializados en alta frecuencia los que dominen el mercado: Agilent Technologies, Anritsu y Rohde & Schwarz son firmas de referencia en este sentido. Las últimas generaciones de VNA representan un gran avance tecnológico si se compara con los equipos anteriores, al aportar un ancho de ban-

da que alcanza los 67 GHz pero que cuenta con modelos que superan los 110 GHz, con una velocidad de medida de hasta 3 ms por punto y márgenes dinámicos que alcanzar los 146 dB, sin olvidar un nivel de precisión muy elevada, gestión de medidas no lineales y un interface de usuario cada vez más intuitivo. En muchas ocasiones este sencillo manejo se logra gracias a kits de software que permiten adaptar el instrumento a las condiciones específicas de las medidas que se deben realizar o al dispositivo bajo test. Los VNA han sido habitualmente equipos de laboratorio; sin embargo, la estandarización de las redes de comunicaciones, al mismo tiempo que elevan las frecuencias de uso, ha provocado que los VNA deban salir del laboratorio en muchas ocasiones y esto ha proporcionado al mercado una nueva gama de equipos portátiles que se alimentan por baterías que aportan anchos de banda más reducidos (hasta 20 GHz) pero que permiten ampliar las medidas fuera del laboratorio. En estos momentos el mercado de analizadores portátiles representa alrededor del 20% del total, pero no es descartable que este porcentaje continúe en aumento a medida que las necesidades de medida de mantenimiento sigan creciendo. Precisamente la proliferación de todo tipo de redes de comunicaciones es lo que ha hecho crecer en importancia a este tipo de analizadores, que han ido ganando terreno a los analizadores de redes escalares, los cuales aportan medida de amplitud básicamente, una medida que puede resultar escasa en la actual tecnología donde la información de la fase, la linealidad de fase, el tiempo de propagación, los retardos, etc., son fundamentales para caracterizar la red y determinar la calidad final de las comunicaciones.

de implicar descartar toda una gama de componentes para un determinado positivo con el consiguiente retardo en la comercialización y sobrecoste final del producto. Por esta misma razón los modernos VNA prestan especial atención a la medida de parámetros no lineales, ya sea de forma estándar o mediante la inclusión de opciones y módulos para la plataforma de medida específica. Otro cambio actual de los nuevos VNA se refiere a los canales. Anteriormente se comentaba que los VNA acostumbran a tener dos canales, que eran suficientes para analizar la entrada y la salida de un cuadripolo. Las necesidades actuales han incrementado este número y componentes como

Analizador MVNA-8-350 de AB Millimetre El modelo MVNA-8-350 fabricado por la firma francesa AB Millimetre es un equipo de muy alta gama y que sigue marcando tendencias como analizador de red/espectrómetro que permite realizar medidas vectoriales (amplitud y fase de la señal transmitida/reflejada) sobre un ancho de banda que, en este caso particular se extiende entre 8 y 1000 GHz, lo que significa longitudes de onda entre 4 cm y 0,3 mm. Es un equipo utilizado por laboratorios avanzados en el que se requiera trabajar en los dominios milimétrico y submilimétrico complementado con una herramienta de espectroscopia en todos los campos de la física y las telecomunicaciones o los sistemas de diagnóstico por satélite. Este equipo se basa en un diseño patentado por el CNRS francés en 1989 y puede realizar experimentos sin acopladores direccionales y, con excepción de las medidas en la parte baja de la banda de frecuencias (entre 8 y 18 GHz) que trabaja con cables coaxiales, los restantes modos de trabajo utilizan cabezales milimétricos de guía de onda.

MEDIDAS COMPLEJAS A medida que los dispositivos electrónicos trabajan con una potencia inferior, menos tensión, señales más precisas y unos márgenes más estrechos, los comportamientos no lineales adquieren una mayor importancia y en consecuencia deben tenerse en consideración. A este problema se une otro aspecto fundamental: la caracterización compleja de los dispositivos de comunicaciones, lo cual implica no sólo la parte lineal sino también su comportamiento no lineal, aspecto esencial cuando los protocolos de comunicaciones son muy precisos y una alinealidad no caracterizada pueMundo Electrónico | JUN 11


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Solución de VNA de Agilent para medidas milimétricas El N5247A es un analizador de red vectorial de Agilent Technologies basado en la plataforma PNAX y puede trabajar a frecuencias de hasta 67 GHz por lo que puede utilizarse para trabajar en un amplio abanico de aplicaciones incluyendo la caracterización activa de dispositivos, modelización de componentes e investigación digital de alta velocidad. Este modelo ofrece una salida de potencia de 10 dBm con un margen dinámico de sistema de 110 dB y un punto de compresión de receptor de 0,1 dB de 11 dBm especificado a 67 GHz. Con estas especificaciones se logra uno de los instrumentos más precisos del mercado para la caracterización lineal y no lineal de componentes dentro de un sistema autónomo de medida. Como los restantes modelos PNA-X, este nuevo equipo tiene dobles fuentes internas que permiten proporcionar una única conexión para medida de parámetros S, factor de ruido y distorsión de intermodulación (IMD). También posibilita otras muchas medidas necesarias para la caracterización activa de dispositivos con frecuencias de hasta 67 GHz entre las que se incluyen medidas de pulso, compresión de ganancia, armónicos y ancho espectral para amplificadores, mezcladores y convertidores de frecuencia. Uno de los puntos clave de este equipo es su capacidad para ampliar su barrido milimétrico entre 10 MHz a 110 GHz con 2 o 4 puertos, proporcionando funciones de medida de energía, conversión de frecuencia y otras. Esta solución permite, de este modo, estudiar dispositivos diferenciales así como mezcladores/convertidores con medidas continuas sobre todo el margen de frecuencias operativas. Esta plataforma también cuenta con una solución de medida de parámetros X que es una nueva categoría de medidas para parámetros de red no lineales dentro de los diseños deterministas de alta frecuencia que permite la caracterización de comportamiento tanto de componentes lineales como no lineales. La medida de parámetros X de dos tonos permite la medida de amplitud y fase de todos los parámetros que suceden alrededor de la frecuencia fundamental y de los armónicos cuando se aplican dos señales amplias al dispositivo bajo test, de forma que se produce una caracterización fiable del comportamiento no lineal del dispositivo y se capturan las dependencias con el ancho de banda. Además, las medidas y análisis de formas de onda multitono permiten evaluar el comportamiento del dispositivo con estímulos de señal amplios y múltiples. Para lograrlo se aplican al dispositivo diferentes estímulos de señal arbitrarias para simular las condiciones comparables a toda una variedad de estímulos de modulación. Este estudio proporciona a los ingenieros información sobre el comportamiento del dispositivo o del sistema bajo condiciones similares a modulaciones complejas. La función de caracterización de dispositivo de tres puertos permite caracterizar el comportamiento no lineal de los mezcladores y convertidores y proporciona un modelo de parámetros X de tres puertos preciso que puede importarse directamente en el sistema de diseño avanzado (ADS) de Agilent. El equipo se completa con toda una serie de medidas complejas que aporta una amplia información de los dispositivos bajo test en una única plataforma autónoma.

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acopladores, duplexores y los circuladores cuentan con tres E/S; tres también son los canales necesarios para la caracterización de CI de hiperfrecuencias (MMIC). Incluso las últimas tecnologías complican más la medida; así, la tecnología MIMO impone el uso de sistemas multicanal debido a que la medida se debe realizar de forma equilibrada para evitar desequilibrios, diferenciales o asimetrías en los componentes. Para responder a las necesidades multipuerto que se indicaban anteriormente, los fabricantes optan en muchas ocasiones por una matriz de conmutación externa que aporta un factor de multiplicación al número de puerto, habitualmente elevándolo hasta 10 o 20 puertos. Sin embargo, esta solución carece de la posibilidad de realizar medidas simultáneas. Para solventar el problema en los casos más importantes, los tres grandes fabricantes cuentan con modelos de un mínimo de cuatro puertos completados con un generador de dos puertos. Evidentemente, a mayor complejidad del equipo, el coste del mismo se dispara y, por supuesto, la dificultad de la caracterización también se eleva considerablemente. PRECISIÓN DEL EQUIPO ASEGURADA Un aspecto fundamental a tener en cuenta en cualquier instrumento es su calibración para asegurar que la medida realizada sea correcta y que los resultados sean evaluables. Los equipos pueden verse muy alterados por un entorno con temperaturas cambiantes, pero también es importante asegurar dos puntos fundamentales para determinar la amplitud y la fase de cualquier señal: el margen dinámico del equipo y la estabilidad de la frecuencia a lo largo de todo el proceso de medida. La precisión y la estabilidad del equipo se aseguran mediante calibración. Con el proceso de calibración se deben corregir las imperfecciones del sistema invariantes con el tiempo y que están relacionadas con los acopladores, las desadaptaciones del generador o la carga del equipo. Al mismo tiempo se deben corregir defectos puntuales como el estado de las interconexiones, la reproducibilidad de la medida o la comentada estabilidad de la frecuencia de los generadores o las variaciones de temperatura, además de tener en cuenta las diferentes fuentes de ruido que intervienen. Para compensar los posibles errores anteriores se debe realizar una calibra-


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ción del equipo que pasa por el muestreo de unos componentes perfectamente medidos y estandarizados sobre todo el ancho de banda. De esta forma se pueden determinar las variaciones de la medida tomada frente a los datos que deberían salir y así compensar las medidas para que la medida tomada sea la ideal o, por lo menos, se tenga claro el nivel de error introducido y bajo qué parámetros. Las medidas de calibración se realizan de forma protocolaria y muy específica, de forma que se pueda mejorar las prestaciones del equipo para obtener unas condiciones de medida próximas a una medida de banda estrecha. Existen diferentes métodos para efectuar la calibración y los equipos incorporan en su gran mayoría funciones de autocalibración que permiten prolongar los períodos de calibración estándar asegurando una elevada calidad en la medida. Además, los modernos equipos han mejorado las funcionalidades que incorporan para permitir que la calibración del equipo se realice de forma más sencilla, bien sea incorporando funciones específicas de ayuda a la calibración o con opciones de calibración específica para determinadas medidas. Sea como fuere, este tipo de instrumentos por sus características no escapa a la necesidad de realizar calibraciones periódicas en un laboratorio especializado que asegure que su funcionalidad siga manteniéndose dentro de los límites considerados como óptimos y que aporten seguridad de precisión a la medida del componente bajo test. Pese a que este consejo se puede aplicar a cualquier tipo de instrumento no se puede dejar de lado que a mayor precisión que se requiera en la medida, más posibilidades existen de que una mala calibración del equipo implique un considerable sobrecoste debido a una medida errónea. ELECCIÓN DEL VNA EN FUNCIÓN DE LA MEDIDA En la elección de cualquier instrumento de medida es importante considerar la medida específica a realizar y cuáles son los parámetros más relevantes a considerar dentro de la misma. Pero si este punto es importante en cualquier equipo de medida, lo es mucho más en los analizadores vectoriales puesto que el precio dependerá mucho de la elección y la diferencia entre una buena y una mala elección puede suponer una inversión. El ancho de banda de medida es un

factor relevante para el precio y las funciones incluidas. Existen diferentes gamas de modelos: la gama baja tiene una respuesta en frecuencia de hasta 20 GHz, la siguiente escala sería el de los equipos de 40 GHz seguida de los equipos de hasta 50 GHz y los equipos de más altas prestaciones pueden alcanzar hasta 67 GHz e incluso 110 GHz. Por tanto, el primer paso dentro de la elección es relativamente sencillo: determinar el margen de frecuencias de medida que se necesita y, a partir de ahí, empezar a definir las restantes características. Además, las escalas anteriormente indicadas están directamente relacionadas con las escalas de coste de cada equipo. Una vez determinado el margen de frecuencia, otro punto importante es la portabilidad: si antes el uso de estos instrumentos se restringía al laboratorio, ahora es cada día más importante su uso en campo. Sin entrar en la necesidad de un equipo portátil, también es importante determinar si va a ser un uso en laboratorio que exija el máximo nivel de prestaciones y de flexibilidad, o bien si es un equipo de mantenimiento o producción que requerirá precisión en determinadas medidas, pero la flexibilidad no es un elemento clave siempre que responda a las necesidades específicas del tipo de medida que se deba realizar. Por regla general, los equipos de más altas prestaciones, por encima de los 67 GHz, se utilizan en trabajos muy especializados como sistemas de comunicaciones por satélite, sistemas de microondas o, en general, aplicaciones de defensa. Estos instrumentos además requieren el uso de conexiones coaxiales de alta calidad y muy delicados para que la realización de la medida logre unos niveles de calidad adecuados. Sin llegar a este extremo, los conectores y los cables de conexión constituyen un punto importante a considerar puesto que toda la calidad de un equipo de medida no sirve de mucho si el error viene provocado por la conectividad con el dispositivo bajo test, más aún teniendo en cuenta que se está midiendo parámetros muy delicados a frecuencias muy elevadas que pueden verse perturbadas por un cable de mala calidad o por una mala conexión con una entrada de interferencias por falta de apantallamiento, por ejemplo, que den al traste con la calidad de la medida. Antes se habían mencionado los canales, indicando que por regla general los VNA aportan dos canales: uno

Analizador vectorial de red de 12 puertos de Anritsu Anritsu cuenta con una plataforma escalable con hasta 12 puertos y una medida en frecuencia de hasta 70 GHz, la familia VectorStar, un sistema de análisis de red vectorial que puede proporcionar medidas de integridad de la señal de alta precisión. La plataforma integra una concepción hardware avanzada junto con software dedicado de última generación para proporcionar un sistema de medida vectorial completo que proporciona medidas equilibradas multipuesto. El sistema VectorStar de 12 puertos tiene un ancho de banda entre 40 MHz y 67 GHz pero su funcionamiento se puede extender hasta los 70 GHz. Se ha diseñado con módulos de puertos móviles que se conectan al interface de test configurándose con cables flexibles que permite su emplazamiento lo más cerca del dispositivo bajo test que sea posible lo que permite mejorar la estabilidad de la medida en comparación con otros sistemas más rígidos. Este VNA, además, incluye unos conmutadores de 70 GHz de estado sólido de bajas pérdidas desarrollado específicamente para este sistema utilizando una tecnología avanzada que permite maximizar el margen dinámico del sistema multipuesto debido a unas pérdidas de inserción muy reducidas. La combinación de componentes de bajas pérdidas con una arquitectura de elevada directividad permite al sistema suministrar unas medidas de muy alta precisión. Además, Anritsu ha colaborado con la empresa HFE para desarrollar un software innovador que se incluye con su sistema VNA de 12 puertos. El software MMSNT se utiliza para la calibración del sistema mediante algoritmos de alta calidad probados en el mundo industrial para sus calibraciones aportando además, menos conexiones y una precisión de medida muy elevada. El software aporta asimismo funciones gráficas de alta potencia, así como parámetros diferenciales para 12 puertos, TDR, diagramas de ojo y funcionalidades para la creación de macros a medida. Un enlace directo a la hoja de cálculo Excel acelera el procesado y la exportación de datos.

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PXIe-5630, un VNA en formato PXI de National Instruments La incorporación del VNA NI PXIe-5630 de 6 GHz a la familia de instrumentos de RF refleja la especialización de National Instruments en instrumentos modulares de alto rendimiento. El tamaño reducido del NI PXIe-5630 ofrece la capacidad de incorporar análisis completo de vectores para parámetros S en sus sistemas de validación de diseño y de pruebas en producción sin tener que crecer el tamaño de su equipo de pruebas. Con un panel frontal con todas las funciones, puede realizar calibraciones automáticas y manuales, así como medidas de forma rápida. Además, el API flexible de LabVIEW facilita pruebas verdaderas en paralelo de múltiples componentes de RF. El VNA de 6 GHz y dos puertos NI PXIe-5630 se anuncia como el primer VNA del mercado para pruebas automáticas que está disponible en un formato compacto PXI. Gracias al soporte completo para el análisis vectorial de los parámetros de transmisión y reflexión (T/R), la calibración automática de precisión y la arquitectura flexible definida por software, el nuevo VNA está especialmente indicado para pruebas automáticas de validación de diseños y producción. Su arquitectura modular PXI y su pequeño tamaño para dos ranuras hacen posible que los ingenieros de prueba puedan incorporar el análisis vectorial de redes en sus sistemas de test sin el coste añadido y el gran tamaño de los VNA tradicionales de sobremesa. Los técnicos pueden controlar el NI PXIe-5630 de forma interactiva mediante su completo panel frontal o mediante su programación utilizando los API para los entornos de desarrollo de NI LabVIEW y NI LabWindows/CVI ANSI C. Ambas API están optimizadas para el procesamiento mediante múltiples núcleos con el fin de facilitar la prueba en paralelo de múltiples componentes de RF, lo cual proporciona una ventaja significativa sobre el rendimiento de los test secuenciales y conmutados. NI PXIe-5630 se ha optimizado para test automáticos con un conjunto desarrollado de funciones que incluyen la calibración automática de precisión, el análisis vectorial completo en ambos puertos, extensiones del plano de referencia y una API flexible de LabVIEW que es ideal para realizar pruebas en paralelo. El VNA ofrece también especificaciones de alto rendimiento incluyendo una gama de frecuencias de 10 MHz a 6 GHz, un amplio rango dinámico de más de 110 dB y velocidades de barrido de menos de 400 µs/punto para 3.201 puntos. Además, debido a su configuración PXI, los ingenieros pueden combinar hasta ocho módulos NI PXIe-5630 en un solo chasis PXI y realizar varias pruebas de pruebas de RF realmente en paralelo.

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de generación y otro de medida. Por tanto, el número de canales necesarios para realizar la medida también es un factor importante. También es cierto que el número de medidas que requieren más de dos canales, pese a que se están incrementando cada vez más, es todavía limitado y, salvo que se requieran canales adicionales, lo mejor es optar por un VNA de dos canales y, si se requiere flexibilidad, que pueda ampliarse externamente mediante los módulos existentes para tal fin o, si la flexibilidad es el aspecto más importante a tener en cuenta, el mercado cuenta con modelos modulares de VNA que pueden ir creciendo en el número de canales a medida que las necesidades de medida así lo requieran. En todo caso hay que determinar la importancia de tener equilibradas las medidas a la hora de determinar si es fundamental el uso de equipos multicanal. En caso de que la medida requiera más de dos canales, la opción más completa pasa por que cada canal de medida cuente con su canal de referencia en paralelo que se alimente de su generador de referencia. Obviamente esta solución óptima también supone una mayor complejidad para el equipo y, en consecuencia, un mayor coste. La alternativa de menor coste es un único generador y la posibilidad de conectarse de forma externa a otro generador para determinadas medidas. MARGEN DINÁMICO, FUNDAMENTAL PARA CUALQUIER MEDIDA El margen dinámico del receptor determina la relación en dB entre la potencia admisible a la entrada, medible con un nivel de compresión de 0,1 dB, y el plano de ruido. El plano de ruido depende del ancho de banda del filtro de análisis; si se trata de ruido blanco, la potencia es proporcional a la longitud de la banda. Los valores del margen dinámico del receptor vienen determinados por el filtro más estrecho o con una frecuencia de 10 Hz. También hay que tener en cuenta el margen dinámico del sistema, que viene determinado por la potencia máxima disponible en el puerto de medida a partir de la fuente integrada al que se une el hecho de atenuación máxima medida sin amplificación exterior. En todo caso, esta característica depende en fuerte medida de la longitud de los filtros de análisis, que en algunos casos puede mejorarse accediendo directamente a nivel


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Equipos de 67 y 110 GHz de Rohde & Schwarz El R&S ZVA67 de Rohde & Schwarz es un analizador de frecuencia entre 10 MHz y 67 GHz para medir componentes en aplicaciones de radar, civiles o militares, y enlaces de microondas. Además, el R&S ZVA67 ofrece una solución sencilla para medir el valor de ruido en amplificadores. Presenta un amplio margen dinámico de 110 dB a 67 GHz y un gran rendimiento con un tiempo de medida de sólo 3,5 µs por punto. Los usuarios que trabajen en tareas de desarrollo y producción industrial o en institutos de investigación y universidades ya tienen a su disposición el analizador vectorial de redes hasta 67 GHz, o incluso 70 GHz. Con una potencia de salida de 6 dBm a 67 GHz y un amplio margen de barrido de potencia superior a 40 dB, el R&S ZVA67 puede analizar la actuación de cualquier señal en componentes activos, como los amplificadores. Asimismo, analiza no sólo los parámetros S, sino también los armónicos, la compresión, la intermodulación y los parámetros de ruido. En el sector aeroespacial y de defensa, el VNA es adecuado para tareas de desarrollo y producción en aplicaciones militares de radar. El ancho de banda de medida de hasta 30 MHz permite medir el perfil de pulso en amplificadores con una resolución de 12,5 ns. Junto con el nuevo sensor de potencia de 67 GHz, R&S NRPZ57, el equipo permite, por primera vez, realizar también medidas de ruido hasta 67 GHz, sin necesidad de ningún adaptador de impedancia o fuente de ruido. El analizador vectorial de redes mide el retardo de grupo relativo y absoluto en componentes de conversión de frecuencia, como mezcladores, incluso cuando el oscilador local (LO) no está accesible.

de receptor para realizar las medidas (técnica específica utilizada por algunos modelos de VNA). Dentro de los parámetros de comparación que se indican en las fichas técnicas de los equipos suele considerarse el ruido de traza, que viene a ser el ruido residual generado después del tratamiento de datos y la representación de las curvas de señal. Este parámetro se completa con otros como la incertidumbre de las medidas de transmisión en amplitud y en fase, pero los datos referenciados en las tablas siempre corresponden a las mejores condiciones de trabajo para ese instrumento en concreto, por lo que son parámetros orientativos pero poco adecuados para realizar una comparación real entre las prestaciones de diferentes sistemas de medida. El uso y elección de las funciones de medida de este tipo de instrumentos

Por su parte, el modelo ZVA110 puede caracterizar dos puertos de medida en un margen de frecuencia entre 10 MHz y 110 GHz y se ajusta a aplicaciones como radar de para vehículos o sistemas de ayuda al aparcamiento que trabajan a 77 GHz de frecuencia, aplicaciones de radar de tipo general o aplicaciones inalámbricas en la escala de 79/80 GHz. Este segundo modelo se basa en el modelo anterior pero se le han incorporado dos convertidores de frecuencia con control electrónico de potencia de forma que se ha incrementado su margen de frecuencias desde los 67 GHz del modelo anterior a los 110 GHz. El atenuador electrónico de los convertidores de frecuencia permite, también, una calibración de energía y barridos de energía, así como medidas de compresión en amplificadores por encima de los 70 GHz. Los dos equipos de esta familia tienen una arquitectura única de cuatro puertos de test, con cuatro fuentes de señal integradas, así como ocho receptores. Esta arquitectura permite al usuario medidas multipuerto en amplificadores, mezcladores, así como en dispositivos bajo test balanceados. También puede realizar medidas de pulsos muy cortos con una elevada resolución (12,5 ns en el modo de perfil de pulso).

requieren preparación e incluso intuición por parte del usuario porque una vez elegido el instrumento se debe elegir, por ejemplo, la longitud del filtro de análisis que sigue siendo un compromiso entre lo que se busca en la medida. Un filtro estrecho generará un margen dinámico elevado, en paralelo si se utiliza un mayor ancho de banda, se mejora la velocidad de medida para el mismo número de puntos ya que el tiempo necesario para el retorno de la fuente a la frecuencia inicial de barrido depende del ancho de banda del filtro; reduciendo de esta forma la longitud de onda a la mitad, se duplicará el tiempo de barrido de frecuencia. Finalmente, también habría que determinar el número de puntos por traza que está en relación directa con la resolución de representación. Un número de puntos alto proporciona mayor información sobre un conjun-

to de frecuencias determinado y minimiza la interpolación entre puntos después de la calibración, además de reducir el tiempo de barrido. Por lo que respecta a la capacidad de representación de datos y su manejo, en este sentido prácticamente cualquier modelo del mercado ofrece la integración en el mismo equipo de un PC que aporta toda su capacidad de análisis y manejo de datos, así como la flexibilidad requerida para adaptar la presentación de los datos a los requisitos de cualquier usuario. Asimismo permite dotar al sistema de medida de un conjunto de opciones de interconexión. Debido al propio coste de los equipos, la incorporación de estas características de PC actuales en realidad no supone mayor sobrecoste y adaptan el sistema a cualquier necesidad específica en función del sistema operativo instalado y el software que lo acompaña. ● Mundo Electrónico | JUN 11


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Expectativas sobre las pruebas de LTE-Advanced El despliegue comercial de LTE está cobrando cada vez más impulso y en todo el mundo hay decenas de redes en fase de pruebas o a punto de entrar en servicio. Y a medida que estos primeros despliegues atraen una amplia atención pública, el estándar LTE sigue evolucionando. En diciembre de 2010 se introdujo LTE-Advanced en la versión 10 de las especificaciones del 3GPP. Esta versión evolucionada de LTE aporta mejoras de rendimiento, como una velocidad de datos pico de 1 Gbps para cumplir los requisitos de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) para el estándar de comunicaciones de radio IMT-Advanced 4G. Jung-ik-Suh Agilent Technologies

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l estándar LTE actual (versión 8 del 3GPP) alcanza los máximos niveles de velocidad y de rendimiento en el mercado gracias a una combinación de tecnologías en la que se incluyen varios anchos de banda de canal, distintos sistemas de transmisión de enlace descendente (DL) y ascendente (UL), dos modos de transmisión (FDD y TDD) y MIMO. El objetivo de LTE-Advanced es mejorar tanto las velocidades de datos pico y media como la eficiencia espectral de enlace ascendente. Para ello, incorpora tres funciones nuevas: agregación de portadoras, un enlace ascendente mejorado y una mejor transmisión con múltiples antenas (MIMO avanzado). Tanto LTE como LTE-Advanced forman parte del ecosistema del 3GPP (GSM/UMTS/HSPA) y, por consiguiente, deben coexistir e interoperar con estos sistemas 2G y 3G. Los desafíos relacionados con el diseño y las pruebas son complejos y de enormes proporciones. La tabla 1 compara los objetivos de velocidad de datos pico y eficiencia espectral pico de LTE, LTE-Advanced e IMT-Advanced. Para IMT-Advanced se necesita una velocidad de datos de enlace descendente pico de 1 Gbps, que en LTE-Advanced se alcanzará utilizando MIMO 4x4 y anchos de banda

de transmisión con una anchura superior a aproximadamente 70 MHz. Por lo que respecta a la eficiencia espectral, la versión 8 de LTE cumple el requisito de 4G de la UIT para el enlace descendente, aunque no lo satisface para el ascendente. Los objetivos de eficiencia espectral pico para LTE-Advanced son considerablemente superiores a los requisitos de la UIT. Debe tenerse en cuenta que la mejora de la eficiencia espectral media y del rendimiento de borde de celda presentará todavía más dificultades y en estos ámbitos los objetivos de LTE-Advanced (no mostrados) son mucho más próximos a los de IMT-Advanced. BANDAS DE FRECUENCIA DE LTE Las bandas de frecuencia de LTE son funciones independientes de la versión, por lo que los operadores pueden desplegar un dispositivo LTE en una banda añadida a una versión posterior de la especificación. Entre los posibles problemas de rendimiento se incluye la superposición existente entre algunas bandas de LTE por motivos regionales. Asimismo, en algunos casos el espacio entre los rangos de los enlaces ascendente y descendente de una banda es muy estrecho, lo que dificulta todavía más el diseño de los filtros. Este proble-

ma no se observa en las bandas TDD, puesto que las frecuencias de los enlaces descendente y ascendente son las mismas (tabla 2). FUNCIONES DE LTE-ADVANCED Agregación de portadoras En la actualidad, LTE admite anchos de banda de canal de hasta 20 MHz. Para lograr las velocidades de datos sustancialmente más elevadas que especifica LTE-Advanced es necesario incrementar el tamaño del ancho de banda de canal. IMT-Advanced establece el límite superior en 100 MHz, mientras que el mínimo previsto es de 40 MHz. Puesto que la mayoría de los operadores no disponen de grandes cantidades de espectro contiguo, la UIT permite crear anchos de banda más amplios mediante la agregación de portadoras de componentes contiguas y no contiguas. De esta forma, en los equipos de los usuarios que admitan varios transceptores, el espectro de una banda puede agregarse al espectro de otra banda. La figura 1 ilustra el concepto de agregación de portadoras contiguas y no contiguas, y compara los requisitos de ancho de banda de los equipos de los usuarios de LTE y LTE-Advanced. No cabe la menor duda de que la agre-

Tabla 1. Objetivos de rendimiento máximo para LTE, LTE-Advanced e IMT-Advanced Velocidad de datos pico Eficiencia espectral pico (bps/Hz) JUN 11 | Mundo Electrónico

DL UL DL UL

LTE, v. 8 300 Mbps 75 Mbps 15 3,75

LTE-Advanced 1 Gbps 500 Mbps 30 15

802.16 (TDD) 1 Gbps ~452 Mbps 15 6,75

IMT-Advanced 1 Gbps 15 6,75


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Tabla 2. Bandas de frecuencia definidas para LTE-Advanced. Banda Enlace ascendente, MHz Enlace descendente, MHz 1980 2110 2170 1 1920 1910 1930 1990 2 1850 1785 1805 1880 3 1710 1755 2110 2155 4 1710 849 869 894 5 824 840 865 875 6 830 2570 2620 2690 7 2500 915 925 960 8 880 1784,9 1844,9 1879,9 9 1749,9 10 1710 1770 2110 2170 11 1427,9 1447,9 1475,9 1495,9 12 698 716 728 746 13 777 787 746 756 14 788 798 758 768 15* 1900 1920 2600 2620 16* 2010 2025 2585 2600 17 704 716 724 746 18 815 830 860 875 19 830 845 875 890 20 832 862 791 821 21 1447,9 1462,9 1495,9 1510,9 24 1625,5 1660,5 1525 1559

Anchura 60 60 75 45 25 10 70 35 35 60 20 18 10 10 20 15 12 15 15 30 15 34

Dúplex 190 80 95 400 45 35 120 45 95 400 48 30 -31 -30 700 575 30 45 42 -41 48 -101,5

Espacio 20 20 355 20 25 50 10 60 340 28 12 41 40 680 560 18 30 30 71 33 135,5

*Definido por el ETSI solo para Europa.

gación de portadoras planteará enormes dificultades para los equipos de los usuarios de LTE-Advanced, ya que deben gestionar varias cadenas simultáneas de transmisión y recepción. El uso de transmisores simultáneos no contiguos creará un entorno de radio muy complicado en cuanto a

la gestión de señales espurias y el bloqueo automático. Asimismo, la transmisión o la recepción simultáneas con compatibilidad obligatoria con MIMO supondrán un nuevo escollo considerable en el diseño de las antenas. Algunas de las especificaciones principales de las pruebas de LTE deben

volver a definirse para las señales de varias portadoras de LTE-Advanced, por ejemplo, la magnitud del vector de error (EVM) y las emisiones en la misma banda. Enlace ascendente mejorado El enlace de LTE actual se basa en una multiplexión por división de frecuencia de una única portadora (SC-FDMA), una potente tecnología que combina muchos de los aspectos flexibles de la multiplexión por división de frecuencia ortogonal (OFDM) con la baja relación de potencia pico a media (PAPR) de un sistema con una sola portadora. Sin embargo, la SC-FDMA asigna portadoras a lo largo de un bloque de espectro contiguo, con lo que se limita la flexibilidad de la programación. LTE-Advanced introduce SC-FDMA en cluster en el enlace ascendente, lo que permite realizar una programación progresiva de las frecuencias de las portadoras de componentes para mejorar el rendimiento del enlace. Además, se pueden programar juntos el PUCCH y el PUSCH para reducir la latencia. La SC-FDMA en cluster permitirá cumplir los requisitos de eficiencia espectral del enlace ascendente y, al mismo tiempo, mantener la compatibilidad de versiones anteriores con el estándar LTE actual. Incrementa la PAPR, lo que puede dar lugar a problemas de linealidad de los transmisores. Por otra parte, el uso simultáneo del

Figura 1. Agregación de portadoras. Mundo Electrónico | JUN 11


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Instrumentación

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PUCCH y el PUSCH también aumenta la PAPR. Además, la presencia de señales de varias portadoras acrecienta la posibilidad de que se generen espurias en el mismo canal y en los canales adyacentes. Mejor transmisión con múltiples antenas En el estándar LTE-Advanced se aumenta el número especificado de flujos de datos (y, por consiguiente, de antenas). El estándar MIMO 8x8 de único usuario se habilitará utilizando hasta ocho transmisores en el enlace descendente (con los ocho receptores exigidos en la UE). La UE admitirá hasta cuatro transmisores, por lo que se podrá utilizar la transmisión 4x4 en el enlace ascendente si se combina con cuatro receptores en la estación base. Se prevén mejoras no sólo en la velocidad de datos pico sino en la eficiencia espectral, el rendimiento de borde de celda y la cobertura. En un principio, el estándar LTE-Advanced se centra en el direccionamiento de canales del enlace descendente con una configuración de hasta 4x2 antenas. De este modo, se obtienen las ventajas de la diversidad de varios transmisores limitando el número de receptores exigido en la UE. MIMO incrementa el número de antenas en el sistema, y es necesario descorrelacionarlas. Uno de los mayores desafíos será diseñar antenas MIMO multibanda con una buena descorrelación para que puedan funcionar en el reducido espacio de la UE cuando se haya desplegado LTE-Advanced. Se necesitan nuevos métodos que permitan predecir el rendimiento radiado real de un terminal MIMO avanzado en una red operativa, por lo que el 3GPP está estudiando cómo trasladar las pruebas de vía aérea (OTA) de MIMO al estándar LTE-Advanced. FUNCIONES CONSIDERADAS PARA LA VERSIÓN 10 Y POSTERIORES El 3GPP estudia nuevas funciones que complementan el estándar LTE-Advanced pero que no se consideran fundamentales para satisfacer los requisitos de la UIT. Multipunto coordinado (CoMP) Al igual que la fusión de un traspaso de continuidad con MIMO, esta variante de MIMO está destinada a mejorar los resultados del borde de celda y el sistema. No es necesario que los transmisores CoMP estén ubicados físicamente unos junto a los otros, pero deben estar enlazados mediante alJUN 11 | Mundo Electrónico

Figura 2. Caracterización íntegra simultánea de hasta cinco portadoras de componentes, con establecimiento y visualización de medidas en cada una de ellas.

gún tipo de conexión de datos de alta velocidad. Relés Los relés de un canal reciben, amplifican y retransmiten las señales de los enlaces descendente y ascendente para mejorar la cobertura. Existen relés más avanzados que permiten utilizar varias subtramas en un canal para transportar el tráfico de regreso. Los ejemplos principales de uso de los relés son mejorar el rendimiento urbano y en interiores, dar cobertura a las zonas muertas y ampliar la cobertura en las zonas rurales. Otras propuestas La tecnología del futuro admitirá una red cada vez más heterogénea que combinará macroceldas, microceldas, picoceldas y femtoceldas, junto con repetidores y nodos de relés. Continúan los trabajos para desarrollar métodos avanzados de gestión de recursos radioeléctricos que incluirán nuevas funciones de redes con optimización automática (SON). Las especificaciones de LTE-Advanced siguen desarrollando femtoceldas y estaciones base domésticas (eNB) como medio para mejorar la eficiencia de las redes y reducir los costes de infraestructura. Dificultades de medida de la capa física El estándar LTE incorpora, por un lado, anchos de banda variables y amplios y, por otro lado, formatos y secuencias de modulación variable, lo que incrementa la flexibilidad y la capacidad del sistema. Estas características presentan además varias configuraciones complejas de transmisores y

receptores para las pruebas de rendimiento. El uso de técnicas con múltiples antenas y OFDMA para admitir altas velocidades de datos añade otra complicación más, y la SC-FDMA en el enlace ascendente presenta unas dificultades de pruebas que son exclusivas del estándar LTE. Puesto que los objetivos de rendimiento del estándar LTE son excepcionalmente elevados, los ingenieros deben adoptar un enfoque de diseño prudente para cubrir todos los aspectos críticos de la cadena de transmisión y recepción. Existen otros escollos que suelen estar relacionados con el rendimiento de la capa física por ejemplo, perturbaciones como falta de linealidad y figuras de ruido en los convertidores ascendentes y descendentes de RF, distorsión de fase y amplitud provocada por los amplificadores de potencia, y perturbaciones de canal como el multitrayecto y el desvanecimiento. Pese a todas las dificultades aquí expuestas, cabe recordar que uno de los principales desafíos radica en el hecho de que el estándar LTE es una tecnología nueva, todavía susceptible de cambios e interpretaciones. El estándar LTE-Advanced conserva toda esta complejidad y añade algunas dificultades nuevas. Aunque el 3GPP todavía debate los requisitos de pruebas de LTE-Advanced se espera que, en la medida de lo posible, reutilice las especificaciones de pruebas actuales del estándar LTE. Por ejemplo, los requisitos actuales para LTE por lo que respecta a las pruebas de calidad de la señal transmitida (error de frecuencia, EVM, potencia de RS del DL) se aplicarán a todas las portadoras de componentes en una señal de varias portado-


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ras. Se está considerando la posibilidad de incluir un error de alineación en el tiempo entre portadoras de componentes, y los requisitos de emisiones no deseadas en las bandas operativas para las transmisiones de agregación de portadoras están alineándose con las definiciones existentes para las estaciones base de varias portadoras de la versión 8 del estándar LTE. Con la publicación de las especificaciones de LTE-Advanced, los desarrolladores de productos pueden investigar nuevas funciones de rendimiento, lo que exigirá que los proveedores de pruebas mejoren sus productos con nuevas capacidades de medida. Por ejemplo, la biblioteca de LTE-Advanced de Agilent se ha mejorado para que los desarrolladores puedan experimentar cómo funcionan los diseños de referencia de LTE-Advanced para MIMO 8x8 creados a partir de una exhaustiva biblioteca de más de 170 modelos de banda base y bancos de pruebas. Los desarrolladores de sistemas y algoritmos pueden probar nuevos diseños en comparación con el estándar, descargando vectores de pruebas directamente a los instru-

mentos para realizar validaciones anticipadas y continuas del hardware. Con programas de software como Agilent Signal Studio y Vector Signal Analysis se pueden generar y analizar señales que cumplen el estándar LTE-Advanced para la siguiente fase de desarrollo. Los ingenieros de diseño pueden caracterizar íntegramente hasta cinco portadoras de componentes agregadas de forma simultánea, estableciendo parámetros en cada una de ellas y visualizando las medidas correspondientes (figura 2). En el enlace ascendente mejorado, los ingenieros pueden generar y analizar un cluster compuesto por la SC-FDMA y la transmisión simultánea de control (PUCCH) y datos (PUSCH). Gracias a esta funcionalidad pueden comenzar a probar las implementaciones de la capa física del estándar LTE-Advanced en sus dispositivos actuales. A medida que evoluciona el ciclo de vida de la tecnología del estándar LTE-Advanced, también lo harán las herramientas de medida, que incorporarán nuevas capacidades para realizar pruebas de cumplimiento de especificaciones, fabricación y despliegue. ●

“El objetivo de LTE-Advanced es mejorar tanto las velocidades de datos pico y media como la eficiencia espectral de enlace ascendente” “Con programas de software como Agilent Signal Studio y Vector Signal Analysis se pueden generar y analizar señales que cumplen el estándar LTE-Advanced para la siguiente fase de desarrollo”

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“Las empresas españolas más ágiles están adoptando un enfoque más innovador y estratégico para garantizar su acceso a los equipos que necesitan, en el momento en que los necesitan y para reducir, de manera muy notable, los costes en el proceso”

El alquiler y el leasing: la mejor opción en tiempos de crisis En el incierto clima económico actual, los presupuestos para equipos están cada vez más restringidos y los ingenieros descubren que sus empresas se muestran más reacias a la adquisición de nuevos equipos. Se examinan las distintas opciones disponibles para las compañías que necesitan equipos de test y medida y se explica por qué, en función del uso, el leasing o el alquiler pueden resultar las opciones más beneficiosas para sus negocios. David Fernández Country Manager para España y Portugal de Microlease

n el mercado actual, donde los avances tecnológicos se producen con frecuencia y rapidez, para muchos ingenieros es esencial acceder a los equipos de pruebas de última generación. Sin embargo, independientemente del poder adquisitivo de la empresa, no se puede pasar por alto que la adquisición de nuevos equipos electrónicos de test y medida nuevos requiere una inversión de capital considerable, además de la necesidad de hacer frente a gastos de gestión y de mantenimiento continuos. Cuando los tiempos son difíciles y las empresas no cuentan con muchos recursos económicos, el departamento financiero adopta una política presupuestaria más austera para la adquisición de nuevos equipos, lo cual no es sorprendente si tenemos

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en cuenta que muchos de los instrumentos especializados necesarios contienen tecnologías complejas y, por tanto, tienen inevitablemente un elevado precio de compra. En lugar de situarse en una posición de desventaja competitiva al obligar a sus equipos de ingeniería a trabajar en condiciones de inferioridad con equipos más antiguos y posiblemente obsoletos, las empresas españolas más ágiles están adoptando un enfoque más innovador y estratégico para garantizar su acceso a los equipos que necesitan, en el momento en que los necesitan y para reducir, de manera muy notable, los costes en el proceso. Esta estrategia implica no sólo la evaluación de todas las especificaciones técnicas importantes de los equipos sino también el diseño de un enfoque más meditado sobre cómo y cuántas veces se utilizará el equipo.


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puede evolucionar a un ritmo acelerado.

EVALUACIÓN DE ESPECIFICACIONES TÉCNICAS Y DEL TIPO DE USO Este enfoque para conseguir equipos centrados en el negocio ha sido, desde hace tiempo, una buena práctica entre muchas compañías en EE.UU. y en algunos países de Europa. Básicamente, el proceso comienza mediante la determinación de si, a nivel económico, es mejor alquilar u optar por el leasing del equipo, en lugar de comprarlo directamente. Entre las principales consideraciones se incluye la frecuencia y el período de uso del equipo, el entorno en el que se utilizará y la probabilidad de que quede obsoleto en términos tecnológicos. Esta elección depende también del tipo de proyecto y de la tecnología en la que esté implicada la empresa, así como de la complejidad de los productos o servicios que ofrecerá, ya que la duración del proceso de desarrollo e implementación puede variar de unos meses a muchos años. Un buen ejemplo es el sector de las comunicaciones móviles, en el que se aplican normas específicas y en el que, inevitablemente, se tardará en ratificarlas con los fabricantes pertinentes antes de que un producto esté listo para salir al mercado. Además, es posible que el equipo de test y medida no sea necesario en todas las fases del diseño y que puedan necesitarse equipos de pruebas diferentes según las distintas fases del proyecto. Del mismo modo que muchas empresas saben que no es rentable comprar una flota de coches nuevos para su personal y deciden alquilarlos u optar por el leasing para períodos cortos, tampoco lo es la adquisición de equipos directamente sin tener en cuenta que los proyectos y las necesidades pueden cambiar y que la tecnología

ACCESO A LOS EQUIPOS SIN GASTAR TODO EL PRESUPUESTO El hecho de que los equipos electrónicos de test y medida son a menudo muy caros es algo de lo que muchos ingenieros y directivos son plenamente conscientes en estos tiempos de mayor control sobre los costes. No obstante, es necesario concienciarse también de que, a la hora de compra estos equipos, no se trata solamente de tener en cuenta el precio de compra sino también del coste de su mantenimiento. Las empresas no sólo necesitan encontrar el capital para el desembolso inicial, también necesitan comprometerse con los costes continuos que se generarán durante la vida útil del equipo. Según la empresa de inves-

tigación Frost & Sullivan, muchos de estos costes están ocultos, lo que hace que el coste real total de propiedad sea mucho más alto de lo que a menudo se piensa. Los costes continuos de soporte, mantenimiento, calibración, seguimiento, gestión y eliminación, así como el coste de capital, significan que, por término medio, un equipo tecnológico de alta gama puede acabar costando el doble del importe de la compra. A menudo hay casos en que es necesario disponer de equipos diferentes en fases distintas del desarrollo de un proyecto, por ejemplo: el período evaluación y desarrollo inicial en un primer momento; luego las pruebas y evaluación del prototipo; y, por último, los ensayos de campo previos a la producción. En las primeras fases, la inversión puede producirse al nivel de los componentes y, en las etapas posteriores, a nivel de sistema, en función de la naturaleza del produc-

to o del propio servicio en cuestión. El alquiler brinda a las empresas la flexibilidad de desplegar los productos correctos en el momento perfecto, sin cargar a la organización con los costes del equipo para toda su vida útil. El alquiler elimina también el coste y el tiempo de gestión del equipo, permitiendo así el acceso a la instrumentación necesaria sin la responsabilidad añadida de gestionar la calibración, el mantenimiento, las reparaciones y las actualizaciones. Otra importante ventaja del alquiler es que una empresa puede permitirse llevar a cabo proyectos a corto plazo sin grandes desembolsos de dinero. También posibilita que las empresas puedan cambiar o actualizar equipos de manera flexible y reducir así el gasto de realizar el mantenimiento del equipo internamente. El alquiler permite el acceso a los instrumentos más

modernos y avanzados por un pequeño porcentaje del precio de compra, facilitando a las empresas que no pueden comprar el equipo conseguir la última tecnología. Al mismo tiempo, se benefician de la experiencia de la compañía de alquiler y de su conocimiento técnico especializado de los productos más vanguardistas. LEASING: ¿ RESPUESTA PARA CONSEGUIR FLEXIBILIDAD A LARGO PLAZO? Si la empresa definitivamente va a utilizar el equipo de forma continua durante períodos de tiempo más largos, el leasing operativo ofrece una solución sencilla y rentable y puede resultar una alternativa viable en contraposición a la adquisición directa de un instrumento. Normalmente, los contratos se establecen con una duración de entre tres y cinco años y, como estos períodos son más cortos que la vida útil del equipo, el precio es consiMundo Electrónico | JUN 11


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Instrumentación

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derablemente inferior al coste de propiedad equivalente. Las principales ventajas son, por tanto, económicas. El leasing permite ahorrar capital, mejorar el flujo de caja y reducir considerablemente el coste de propiedad y el coste de propiedad equivalente. De hecho, el coste de propiedad equivalente es, de media, un 25% más alto que el leasing. El contrato de leasing tampoco requiere un pago inicial de capital elevado. Existen cuotas fijas durante toda la duración del contrato, lo que también ayuda a las empresas a administrar los presupuestos de forma más eficaz. Como los costes son un gasto de explotación en lugar de un gasto de capital, el leasing es más eficaz desde un puesto de vista fiscal, ya que las empresas normalmente pueden deducir los gastos de leasing de los ingresos tributables, en lugar de tener que solicitar concesiones de capital sobre un activo adquirido. Además de las ventajas económicas, la opción de leasing también puede resultar beneficiosa en términos de mantener actualizados los equipos sin la carga económica de los costes de mantenimiento, calibración, obsolescencia y reparación. Con un leasing, esta carga la asume la empresa de leasing y, cuando éste caduca, existe la posibilidad de actualizar el equipo o devolverlo. Las opciones de leasing se pueden adaptar también a las necesidades empresariales individuales con la opción de un leasing sencillo con una tarifa competitiva o un leasing con los servicios del fabricante incorporados por una simple cuota mensual. Como alternativa, para una solución de subcontratación completa, se pueden añadir servicios de consultoría y de gestión.

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LA MEJOR OPCIÓN: ENTRE ALQUILER, LEASING Y COMPRA Los tipos de equipos que se adquieren más habitualmente son los instrumentos de gama baja, como las fuentes de alimentación y los equipos de pruebas de uso general. La tecnología de los instrumentos de test y medida tiende a cambiar en ciclos de tres a cinco años y con este tipo de instrumento la tecnología no se actualizará tanto ni tan rápido, o requerirá actualizaciones constantes, de modo que se podrá seguir utilizando para el mismo fin dentro de diez años. Por último, también merece la pena tener en cuenta los equipos seminuevos, ya que es posible aprovechar su alta calidad a un coste inferior. La decisión de las empresas de alquilar, utilizar el leasing o comprar sus equipos de test y medida depende en gran manera del tipo de equipo necesario, la utilización prevista y las prioridades financieras de la organización. En el competitivo mercado actual, es

fundamental que las empresas tengan acceso a los mejores equipos en el momento correcto por el precio perfecto. Muchos paquetes financieros disponibles a través de las empresas de test y medida son flexibles y se pueden adaptar para satisfacer las necesidades del cliente. Las opciones de alquiler, leasing o compra son variadas y flexibles (también se puede alquilar con opción a compra, por ejemplo), pero el resultado final es siempre el mismo, las empresas pueden reducir sus costes y mejorar la eficacia. LA VENTAJA DE LA RETROSPECCIÓN Si la mayoría de los ingenieros se pararan un momento y miraran los equipos que han comprado directamente, lo más probable es que, en muchos casos, no pudieran decir con honestidad que han obtenido la máxima rentabilidad sobre la inversión inicial a lo largo de la vida útil de los equipos, especialmente si se dejan sin usar. Mientras que en el pasado la disponibilidad económica pudo no haber sido un problema tan vital como conseguir las mejores herramientas para el trabajo, la realidad actual es que los equipos contables y los diseñadores trabajan con presupuestos más reducidos y comprar directamente ya no es una opción viable en muchos casos. Para evitar poner en riesgo el equilibrio entre ofrecer los últimos avances y la necesidad de llegar más rápidamente al mercado ahora, más que nunca, los ingenieros un número de sectores cada vez mayor pueden ayudar a sus empresas, y a sí mismos, reflexionando seriamente sobre las necesidades y el uso de los equipos y aprovechando las ventajas de las opciones flexibles de adquisición. ●


tendencias

Diseño

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Con maximización de la eficiencia

Red de sensores para control de climatización mediante bus CAN Este artículo describe el diseño e implementación de un nodo sensor para ser incorporado por medio de un bus CAN a la red de climatización del Departamento de Física Aplicada de la Universidad Politécnica de Valencia. Este nodo sensor trata de maximizar la eficiencia del sistema de climatización al tener en consideración factores como presencia o ausencia de luz, nivel de ocupación de la estancia o existencia de alguna ventana abierta. Se discuten diversas alternativas para el nodo sensor y se describe su implementación de hardware y software. Finalmente, se muestra el resultado de su incorporación al bus CAN de la red de climatización. J. Torres J.(*), A. Aguilar, B. Paz, C. Viegas, R. García y G. Martínez Departamento de Ingeniería Electrónica, Universidad de Valencia (*) Jose.Torres@uv.es

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ctualmente, el uso de sistemas que ayuden a controlar y regular la potencia que los elementos eléctricos y electrónicos consumen es, sin duda, fundamental. Por ello, hay que tener en cuenta infinidad de variables que hacen que ese consumo cambie. Particularmente en el área de climatización se está produciendo una especial preocupación por controlar dicho consumo ya que estudios recientes afirman que hasta el 75% del consumo eléctrico de los hogares es debido a los equipos de climatización. Por lo tanto, un aprovechamiento eficiente de la energía consumida por estos equipos tiene un fuerte impacto sobre la energía total consumida en los hogares. Normalmente los sistemas de climatización permiten fijar una temperatura deseada (y en ocasiones hasta un nivel de humedad) y consumen la energía eléctrica que sea necesaria para mantener esta temperatura, sin tener en cuenta otras consideraciones como si hay personas en la estancia o si alguna ventana está abierta. Conocer alguno de estos datos, aunque sólo sea de forma aproximada, será de gran utilidad a la hora de realizar un control que optimice el consumo de estos sistemas de climatización. Miembros del Departamento de Física Aplicada de la Universidad Politécnica de Valencia (UPV) y del Departa-

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mento de Electrónica de la Universidad de Valencia (UV) están desarrollando un proyecto para la mejora de la eficiencia energética, manteniendo el confort, en la climatización. Entre otras cosas, han desarrollado un sistema capaz de controlar el funcionamiento del aire acondicionado en diversos departamentos y oficinas, instalando una red CAN de nodos sensores en los despachos del departamento encargados de medir temperatura y humedad relativa. La red está instalada actualmente en el mismo Departamento de Física

Aplicada de la UPV, que es donde se realizan las pruebas. Incluye un nodo que permite enviarle tramas al aire acondicionado para apagarlo/encenderlo o configurarlo a la temperatura deseada de forma remota usando la Web. Los nodos de cada despacho se han interconectado por bus CAN, centralizados por un nodo maestro. Posteriormente, mediante un servidor Web embebido y el bus Ethernet, se pueden visualizar los datos por Internet. Esto permite controlar la temperatura de todos los despachos del departamento de forma centralizada,

Figura 1. Esquema del sistema de control de climatización instalado en la UPV.


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Figura 2. Esquema eléctrico típico para el PIR.

además de la comodidad de poder hacerlo de manera remota vía web. La figura 1 muestra un esquema del sistema de control de climatización instalado en la UPV. Los nodos que se muestran en la figura 1 representan sensores de temperatura y/o humedad, o actuadores sobre los equipos de climatización. En este proyecto se pretende introducir un nuevo tipo de nodo sensor que, además de proporcionar información sobre la temperatura y/o humedad de la estancia, proporcione también información adicional que permita optimizar al máximo el consumo energético del sistema de climatización. Tras un estudio preliminar, se llegó a la conclusión de que la presencia o ausencia de personas en un recinto, la ausencia o presencia de luz y la apertura o cierre de una ventana, eran datos determinantes para realizar un algoritmo que permitiese el ahorro energético en la climatización. De este modo, se ha diseñado un nodo sensor que sea capaz de sensar estas variables y se ha modificado el nodo maestro para que reciba esta información y la transmita a un PC que implementará un algoritmo de control que optimizará el consumo.

“El bus CAN es un bus industrial usado en el sector automovilístico, cuya característica principal es su gran robustez ante perturbaciones provenientes de interferencias electromagnéticas por ser un bus diferencial de dos hilos”

Diseño DEL hardware de los nodos sensores Los nodos sensores estarán integrados en la red CAN a 50 kbps del sistema de climatización del Departamento de Física Aplicada de la UPV. El bus CAN es un bus industrial usado en el sector automovilístico, cuya característica principal es su gran robustez

ante perturbaciones provenientes de interferencias electromagnéticas por ser un bus diferencial de dos hilos. Éste es, sin duda, un bus consolidado en el mercado actual ya que más de 15 empresas fabrican chips CAN y sus 15 años de utilización demuestran su robustez y fiabilidad. Sensor de presencia En cuanto al sensor de presencia, se estudiaron diversas alternativas que fueron descartadas, como los sensores de basados en ultrasonidos, que se descartaron por su direccionalidad y su corto alcance, o los sensores de sonido, descartados por la imposibilidad de detectar la presencia humana en ausencia de sonido. Finalmente se decidió que el sensor idóneo era el sensor pasivo infrarrojo (PIR). Este sensor tiene alcance de hasta 7 m (según modelo) y, si se produce un movimiento en su radio, genera a su salida un estado alto de tensión. Es pasivo porque no emite radiación, sino que tan sólo recibe las variaciones de la radiación de los cuerpos que la emiten. El encapsulado del PIR tiene tres terminales: alimentación (+5 V), tierra y salida (figura 2). En la figura 3 se aprecia cómo la raMundo Electrónico | JUN 11


tendencias

Diseño

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Figura 3. Señal de salida del PIR.

diación infrarroja que detecta el PIR la traduce a su salida en un pulso con dos picos, uno negativo y el otro positivo que no superan los 15 mV. También se aprecia un offset de la señal debido a la alimentación. Al ser la señal tan pequeña, es necesario amplificarla. Esa es precisamente la función del integrado IC1A (normalmente el LM 324), amplificar la señal para que

Figura 4. Circuito acondicionador para la LDR. JUN 11 | Mundo Electrónico

posteriormente pueda servir como entrada al disparador Smith (7414). Así, a la salida se obtendrá un pulso digital sólo cuando el PIR detecte radiación infrarroja en movimiento. Con el potenciómetro se ajustaría el nivel mínimo de disparo. La ventaja de incorporar la báscula de Smith es que, al ser un circuito integrado con tecnología TTL, su salida se podrá conectar directamente a la entrada de un microprocesador para tratarla según convenga. En concreto se ha usado el modelo IR261 de Siemens, cuyas características más destacadas son un elevado radio de detección de aproximadamente 7 m, lente de Fresnel, alimentación de 12 V y salida en forma de relé. Esta última característica da la posibilidad de conectar en la parte posterior del sensor cables para adaptar la salida del relé según las necesidades. Sensor de luz La ausencia/presencia de luz en la estancia es un dato extremadamente importante. En la mayor parte de oficinas, cuando hay presencia la luz está encendida, y está apagada cuando no suele haber nadie. Por eso, el conocimiento de este factor tiene especial relevancia. Para este propósito se escogió, por su bajo coste y pequeño tamaño, una resistencia variable con la luz LDR. La LDR (Light Dependent Resistor), como su propio nombre indica, es una resistencia que varía su valor en

función de la luz que incide sobre su superficie. Cuanto mayor sea la intensidad de luz que incida en la superficie de la LDR menor será su resistencia y cuanto menos luz incida mayor será la resistencia. La forma externa puede variar según el fabricante. Un medidor de luz ambiental o una fotocélula que encienda un determinado proceso en ausencia o presencia de luz se puede realizar de dos maneras: - Usando un amplificador operacional para detectar y ajustar la sensibilidad y el punto en que se dispara la salida. - Hacerlo como se muestra en el circuito de la figura 4, que se basa en un disparador de Schmitt que conformará una señal totalmente compatible TTL para ser aplicada a un microcontrolador o puerta lógica compatible. El circuito consta de un divisor de tensión, formado por la LDR y una resistencia, y un disparador de Schmitt inversor. Como la LDR varía en función de la luz, la señal de salida del divisor también lo hará y cuando pase el umbral de disparo del disparador Schmitt este cambiará el estado de su salida según corresponda. Los umbrales de disparo para el 74LS14 son de 0,9 y 1,7 V. Esto quiere decir que, cuando la señal en la entrada del disparador supere los 1,7 V, se tomará como un 1 lógico en la entrada y la salida, al ser inversora, tomará el nivel lógico bajo o 0 V. Si la tensión de entrada baja por debajo de 0,9 V se tomará como un 0 lógico en


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Figura 6. Diagrama de bloques del microcontrolador.

Figura 5. Circuito detector del estado de la ventana.

la entrada con lo que a la salida aparecerá el nivel lógico 1. Un problema que parece obvio es la distancia en voltios entre el umbral de disparo alto y bajo, que es de 0,8 V. Por ejemplo, si la luz recibida en el sensor se va incrementando hasta llegar a los 1,7 V, este será el punto de activación pero no se desactivará al volver a pasar por este punto, ya que la salida del circuito no pasará a estado bajo hasta que no disminuya por debajo del umbral de 0,9 V. Esto hay que tenerlo muy en cuenta para casos donde los niveles a detectar sean muy distantes. Si por ejemplo se desea detectar niveles de todo o nada o luz y oscuridad puede ser irrelevante pero, si lo que se quiere es activar algún circuito en un determinado nivel de luz y desactivarlo justo cuando ese nivel ya no exista, entonces el circuito ya no será adecuado, y es una mejor opción el circuito basado en amplificador operacional en modo comparador de tensiones. Sensor de ventana Por lo que se refiere a la ventana, el hecho de que este o no abierta influye considerablemente en la climatización del recinto. Si, por el motivo que sea, la ventana permanece abierta mientras se está climatizando el lugar

en cuestión, puede suponer un gasto energético innecesario. En primer lugar se pensó en el sensor de ultrasonidos porque, enfocándolo correctamente hacia la ventana, se podría saber su apertura o cierre. Por la misma razón que en el caso de la detección de presencia, es decir, por su corto alcance, se rechazó la opción ya que suponía una limitación importante. La segunda y última opción que se pensó fue la de colocar un contacto magnético que pudiese detectar la apertura/cierre de la ventana. Esta opción tan sencilla dio muy buen resultado y se consiguió el propósito buscado. En concreto, se eligió el contacto reed por su sencillo uso y, al ser un relé, el diseño de un circuito de acondicionamiento es muy versátil. El contacto reed es un contacto electromecánico cuyo funcionamiento se basa en el principio de los relés. Está formado por dos láminas, una de las cuales es un imán, que al estar lo suficientemente juntas provocan el cambio de posición de un contacto. Se puede configurar de dos formas, normalmente cerrado o normalmente abierto: - Los contactos Normalmente Abiertos (NO) conectan el circuito cuando el relé es activado; el circuito se desconecta cuando el relé está inactivo. Este tipo de contactos son ideales para aplicaciones en las que se requiere conmutar fuentes de poder de alta intensidad para dispositivos remotos. - Los contactos Normalmente Cerrados (NC) desconectan el circuito cuando se activa el relé; el circuito se conecta cuando el relé está inactivo. Estos contactos se utilizan para aplicaciones en las que se requiere que el circuito permanezca cerrado hasta que el relé sea activado.

El circuito que utilizado suele tener el aspecto presentado en la figura 5: - El circuito se configuraría como NO. Así, cuando el relé está inactivo (la ventana está abierta), la tensión que vería la resistencia sería de 0 V. - Cuando el relé se activa (la ventana se cierra), el circuito se cerraría y la resistencia vería la tensión de alimentación de 5 V. - Como se puede observar, los niveles de tensión son válidos para conectar a la salida otros circuitos con lógica TTL. Microcontrolador En lo referente a la “inteligencia” de los nodos, tanto el nodo que albergará las señales de los sensores como el nodo que enviará la información deberán tener elementos en común. El más importante es el procesador, que se encargará de realizar las tareas de procesado y envío de datos. En el mercado existen infinidad de dispositivos que pueden controlar un sistema: las FPGA, ASIC, microprocesadores o microcontroladores. De todos ellos, se ha elegido un microcontrolador por su bajo precio, fácil programación, memoria e integración de módulos adecuados para el proyecto. Los fabricantes más importantes de microcontroladores son Intel, Microchip, Atmel y Motorola. Entre estas marcas se ha elegido los microcontroladores de la familia PIC de Microchip, los cuales disponen de módulos CAN integrados así como USART, para la conexión del puerto serie. Concretamente se ha escogido el PIC 18F2680 porque dispone de la tecnología “ECAN”, un módulo integrado que hace la función de controlador CAN, es decir, un dispositivo que hace de pasarela entre el microcontrolador y el transceptor. Además contiene un Mundo Electrónico | JUN 11


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Figura 7. Diagrama de bloques del transceptor.

módulo USART que permite la utilización de puerto serie, que es el que se usará en este proyecto y cuyo conector se emplazará en el Nodo Maestro. En la figura 6 se muestra el diagrama de bloques del microcontrolador. Transceptor

Figura 8. Diagrama de bloques del sistema. JUN 11 | Mundo Electrónico

Finalmente, se ha empleado un transceptor de alta velocidad para comunicar el bus CAN con el microcontrolador (más concretamente, con el controlador CAN del microcontrolador). Se ha escogido el modelo MCP2551, también de Microchip, cuyo diagrama de bloques se muestra en la figura 7.

Sus principales características son las siguientes: - Su uso está destinado a sistemas que trabajen con 12 V o 24 V y puede alcanzar una velocidad de hasta 1 Mbps. - Está preparado para soportar sobretensiones de -250 V a 250 V sin circuitos de protección, dotando al dispositivo de una gran robustez y preparándolo para soportar situaciones indeseadas. - También está acondicionado para soportar sobrecorrientes mediante circuitos de protección térmica, que deshabilitan los drivers de salida cuando la temperatura excede de 160ºC y se mantienen activas las demás partes del circuito. Diseño DEL hardware del sistema El sistema completo del sistema se muestra en la figura 8. Los tres sensores (luz, presencia y ventana) enviarán la información al “Nodo Sensor”. Mediante el bus CAN transmitirá la información al “Nodo Maestro” y éste, a su vez, al PC mediante conexión puerto serie. El PC procesará la información y volverá a enviarle al “Nodo Maestro” por el bus CAN la orden oportuna


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Figura 9. Diagrama de bloques del nodo sensor.

Figura 10. Diagrama de bloques del nodo maestro.

para encender/apagar el aire acondicionado o realizar otra función específica. A continuación, el “Nodo Maestro” enviaría nuevamente por bus CAN la orden a un “Nodo Aire” que, finalmente, se comunicaría con el aire acondicionado. Hay que aclarar que la anexión del “Nodo Aire” no forma parte de este proyecto, aunque se programará el “Nodo Maestro” para que envíe la trama a dicho nodo. El diagrama de bloques del “Nodo sensor” se muestra en la figura 9. Este nodo se encarga de procesar la señal de los tres sensores para, después de acondicionarlas, enviárselas por el bus CAN al Nodo Maestro. Como se puede apreciar en la imagen, los sensores procesan la información de las variables físicas y, la señal proveniente de los mismos es tratada en los circuitos acondicionadores. A continuación, los optoacopladores, se encargan de aislar al PIC de posibles perturbaciones procedentes de los sensores, transfieren la señal al microcontrolador, que realiza su subrutina para enviar su señal de respuesta a otro optoacoplador que a su vez la transfiere al transceptor CAN para poder ser enviada correctamente al Nodo Maestro por bus CAN. Figura 11. Imagen del nodo sensor.

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Figura 12. Imagen del nodo maestro.

El nodo maestro es muy similar al nodo sensor, excepto por no incorporar los sensores externos y en cambio sí que incorpora una conexión RS-232 para poder transmitir los datos recibidos por el bus CAN a un PC para que realice los algoritmos adecuados para el control de

la climatización. En la figura 10 se muestra el diagrama de bloques del nodo maestro. Se observa que, a diferencia del nodo sensor, en el nodo maestro el flujo de datos circula en dos direcciones. Por un lado, la información llega procedente del nodo sensor

Ventajas del bus CAN CAN es la abreviatura de Controller Area Network y, en el ámbito de la informática, un bus es un elemento que transporta información. El bus CAN es un protocolo de comunicación en serie desarrollado por Bosch en los años 80 para el intercambio de información entre las unidades electrónicas del automóvil. Al crecer de manera desmesurada la electrónica incorporada en los automóviles, también los hizo el cableado. Ante la necesidad de la reducción del mismo, se inventó este bus. Actualmente ha despertado cierto interés en sectores tales como el de control y automatización industrial. También se utiliza como base en arquitecturas de bus industrial en aplicaciones de tiempo real, sistemas de supervisión continua y control de la producción. JUN 11 | Mundo Electrónico

por bus CAN, pasa por el transceptor para acondicionar la señal y el optoacoplador de entrada, el PIC ejecuta su rutina y, mediante el MAX233, el nodo se comunica con el PC. Por otro lado, por el puerto serie y procedente del PC llega la orden oportuna para el aire acondicionado que, pa-

CAN es un protocolo concebido para proporcionar seguridad y abierto para el uso industrial. Una de sus características principales es su robustez. Ésta se basa en su arquitectura multimaestro, la cual permite compartir gran cantidad de información entre los diferentes módulos de control o nodos conectados a la red. Esto implica una importante reducción tanto en el número de sensores utilizados como del cableado de la instalación eléctrica. Así pues, aumentan notablemente las funciones actuales en los sistemas automovilísticos donde se emplea el bus CAN sin incrementar los costes, siendo además posible repartir estas funciones entre dichos nodos. En resumen, las ventajas que proporciona la instalación de este bus son: - Robustez ante perturbaciones. - Reducción del número de sensores y del cableado.


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Figura 14. Flujograma del nodo maestro.

Figura 13. Flujograma del nodo sensores.

sando por el MAX233, el microcontrolador y el optoacoplador de salida, llega al transceptor que nuevamente acondiciona la señal para ser enviada por bus CAN al “Nodo Aire”. El único componente novedoso respecto al diseño del nodo sensor es el integrado MAX233, que es el encargado de acondicionar la señal del microcontrolador para transmitirla por el puerto serie

RS232 y viceversa. Sus principales características son una tensión de alimentación de 5 V, dos entradas y dos salidas TTL/CMOS, dos entradas y dos salidas puerto serie RS-232 y condensadores integrados en el encapsulado. Se ha usado el MAX233 porque, a diferencia del MAX232, lleva integrados en el encapsulado los condensadores, lo que supone un importante ahorro

de espacio y reducción del número de componentes. En las figuras 11 y 12 se muestran dos imágenes reales del nodo sensor y del nodo maestro fabricados, respectivamente, donde se identifican todos sus componentes. DISEÑO DEL SOFTWARE DEL SISTEMA En los apartados anteriores ya se

- En el sector automovilístico, aumento de las funciones en los automóviles manteniendo costes. - Reparto de las tareas entre los distintos nodos.

- Todos los nodos pueden ser emisores y receptores. El número de nodos que se pueden conectar a la red cambia dependiendo de ciertas variables que más tarde se tratarán.

Principales características del protocolo CAN:

- Se soluciona el problema de la colisión de mensajes: en otros protocolos, al producirse colisión entre mensajes, esto es que se envían dos mensajes al mismo tiempo, se pierden ambos. En el protocolo CAN, este conflicto se solventa con la asignación de una prioridad de mensajes. Así, el mensaje con mayor índice de prioridad llegará primero.

- La información que circula entre las unidades de mando por el bus (compuesto por dos cables) son paquetes de 0 y 1 (más concretamente bits) con una longitud limitada y con una estructura definida de campos que conforman el mensaje. - Uno de esos campos mencionados actúa de identificador del nodo, definiendo el tipo de dato que se transporta. También actúa como identificador de la unidad de mando que lo transmite y de la prioridad para transmitirlo respecto a otros. El mensaje no va direccionado a un nodo en concreto sino que cada uno de éstos reconocerá mediante el identificador si el mensaje es de su interés o no.

- Además, el mensaje que no llegue a su destino correctamente o presente un error, éste se corrige y es reenviado automáticamente hasta alcanzar su objetivo. Así mismo, si un nodo presenta errores lo comunica al resto mediante el propio mensaje y, si el problema no se soluciona, el nodo queda deshabilitado también automáticamente de la red. Mundo Electrónico | JUN 11


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Aprovechamiento de la radiación infrarroja Los sensores infrarrojos pasivos (PIR) son dispositivos electrónicos que se utilizan en muchos sistemas de alarma convencionales para detectar el movimiento de una fuente que emite radiación infrarroja, normalmente el cuerpo humano. Todos los objetos, animados o inanimados, cuya temperatura supere cero absoluto, emiten radiación infrarroja. Esta radiación o energía es invisible al ojo humano pero se puede detectar con dispositivos electrónicos diseñados para el propósito. El término “pasivo” del PIR es debido a que estos dispositivos no emiten ninguna energía sino que la absorben a través de una ventana. El núcleo del sensor está formado por un material piroeléctrico que mide alrededor de medio centímetro. Este material es el que se monta en una placa de circuito impreso y, con la electrónica necesaria, se interpretan las señales procedentes de dicho material. Mediante la ventana mencionada anteriormente (normalmente una lente de Fresnel), se hace posible que la energía infrarroja alcance el material piroeléctrico. Una especie de hoja de plástico previene la intrusión de polvo e insectos mientras la lente de Fresnel, en el caso de que se utilice, focaliza la energía infrarroja sobre la superficie del material. Un método alternativo a la lente de Fresnel es un espejo dividido en segmentos con forma parabólica para enfocar la energía infrarroja. En cualquier caso, se puede pensar en el PIR como una especie de “cámara fotográfica infrarroja” que almacena la cantidad de luz infrarroja que le llega a su superficie procedente de los espejos o las lentes de Fresnel. El sensor real se fabrica con materiales piroeléctricos naturales o artificiales, generalmente GaN, CsNO3, derivados del cobalto, LiTaO3, que es un cristal con características piezoeléctricas y piroeléctricas, etc. Estos dispositivos detectan a un “intruso” que entra en el área protegida cuando la energía infrarroja emitida por el cuerpo es focalizada por una lente de Fresnel o un segmento de espejo y, un determinado punto que antes estaba “frío”, ahora está caliente como consecuencia del movimiento de la radiación infrarroja del cuerpo extraño. Es de gran importancia montar el PIR cuidadosamente ya que se puede producir un mal funcionamiento: aunque la longitud de onda de la radiación infrarroja a la cual el material piroeléctrico es sensible no penetre en el cristal, una fuente fuerte de infrarrojos (como puede ser la luz de una linterna, la luz del sol reflejada en la ventana de un vehículo etc.) puede sobrecargar el material con facilidad y provocar una falsa alarma. Los fabricantes recomiendan colocar el PIR lejos de zonas donde el viento es caliente y sopla bastante fuerte, porque podría aumentar la temperatura del plástico y nuevamente engañar al sensor. La zona que puede llegar a cubrir varía según el modelo, pero normalmente suelen llegar a los 5 m de largo por 2 m de ancho.

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ha comentado cuáles deben ser las funciones a realizar por cada uno de los nodos. A continuación se va a mostrar una versión simplificada de los diagramas de flujo de la programación de los nodos para aclarar las tareas que realizan los microcontroladores. En la figura 13 se muestra el flujograma del nodo sensor. Los sensores dan información de las variables físicas, de manera que el movimiento se guarda en una variable en la cual figura el número de veces que se ha detectado presencia, el estado de la luz se guarda en otra variable y el estado de la ventana en otra distinta. El estado de los tres sensores se envía por bus CAN al Nodo Maestro cada diez segundos. En cuanto a la programación del nodo maestro, la figura 14 muestra su diagrama de flujo. Se observa cómo el nodo recibe las tramas del nodo sensor y del PC. En el primer caso envía la información de los sensores por puerto serie al PC y, en el segundo, envía la información procedente del PC al “Nodo Aire”. Definidos los programas de cada nodo, se va a pasar a la descripción del algoritmo programado en el PC. Éste consiste en lo siguiente: - Si la ventana del lugar que se está climatizando se abre, se envía la orden de apagar el aire acondicionado. - Si la luz del recinto permanece apagada más de diez minutos, también se envía la orden de apagar el aire. Si está encendida, depende del estado del detector de presencia. - Si el PIR no detecta movimiento en cierto tiempo, que es configurable por el usuario, se apaga el climatizador. Pero además, si pasa la mitad del tiempo configurado y no hay movimiento, se reducen o aumentan 2°C a la temperatura actual según la estación del año: si es primavera o verano se aumentan 2°C; si es otoño o invierno se reducen dos grados a la temperatura actual. Se ha definido este funcionamiento porque una reducción/aumento de dos grados en la temperatura actual supone un ahorro del 16% del consumo total del climatizador, ya que cada grado supone un consumo del 8%. Finalmente, se ha programado un interface sencillo y cómodo para el usuario utilizando el lenguaje Vee Pro de Agilent. Este lenguaje surgió para facilitar y agilizar la comprobación de procesos en ingeniería. Actualmente es una herramienta muy utilizada para el desarrollo de pro-

yectos de todo tipo y se enseña en innumerables escuelas de ingeniería. Vee Pro 7.0 incorpora .NET de Microsoft para proporcionar a sus usuarios una amplia gama de capacidades comúnmente utilizadas en un PC. Con las mejoras en las nuevas herramientas de desarrollo y soporte de Vee Pro 7.0, incluyendo LAN, USB y GPIB, el proceso del sistema de prueba es más simple e intuitivo que el resto de programas existentes. CONCLUSIONES Se han diseñado e implementado un nodo sensor y un nodo maestro para ser incorporados a la red de climatización basada en un bus CAN del Departamento de Física Aplicada de la UPV. Estos nodos permitirán una disminución del consumo del climatizador y, en consecuencia, un ahorro energético porque: - La apertura de una ventana mientras se climatiza un lugar supone un desperdicio energético que el sistema solventa apagando el climatizador. - Si no se produce movimiento en cierto tiempo, se reduce o aumenta la temperatura en función de la estación para conseguir una disminución del consumo del climatizador. - Finalmente, si la luz está apagada cierto tiempo o si no se produce movimiento en cierto tiempo máximo, se apaga la climatización, lo cual también conlleva un ahorro energético. ● REFERENCIAS [1] Andrés Canovas López: “Manual del usuario del compilador PCW de CCS®”. [2] Manuel Fernando Campos Cerda, Ramiro Castañeda Pérez, Arturo César Contreras Torres: “Implementación de un sistema de desarrollo utilizando los microcontroladores PIC Microchip Tecnology”, Universidad de Guadalajara. [3] Myke Predko: “Programming and customizing PIC microcontroller”, McGraw Hill-2000. [4] Martín Cuenca, E., Angulo Usategui, J.M., Angulo Martínez, I.: “Microcontroladores PIC. La clave del diseño”, Thomson. Madrid. [5] Agilent VEE Pro 7.0 User´s Guide. [6] Agilent VEE Pro Advanced Techniques. [7] Konrad Etschberger: “Controller Area Network, Protocols, Chips and Aplications”.


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Electrónica de Potencia

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Eficiencia energética

CI de potencia de GaN sobre Si La disponibilidad de nueva electrónica de potencia basada en semiconductores comercialmente viables con una amplia banda prohibida (band gap), como los dispositivos de potencia de nitruro de galio (GaN) sobre silicio (Si) fabricados en plantas de producción de silicio, ofrece la relación entre prestaciones y coste necesaria para disminuir la barrera económica con el fin de permitir la adopción de arquitecturas para el suministro eficiente de energía que reduzca su consumo global durante las próximas décadas. Michael A. Briere ACOO Enterprises LLC, bajo contrato de International Rectifier

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s bien sabido que, debido al aumento del nivel de vida en todo el mundo, se espera que el consumo total de energía crezca al menos un 35% durante los próximos 20 años [1]. Es menos conocido que se puede lograr una notable reducción del consumo mundial de energía mediante la amplia adopción de arquitecturas mejoradas para la carga [2, 3]. Entre éstas se encuentran el uso de motores eléctricos, como sustitutos o junto con motores de combustión interna más pequeños, ahorrando así potencialmente un 60% del 20% de toda la energía que se consume en el transporte. La mejora de la eficiencia del control de movimiento, incluyendo la sustitución de motores de inducción CA con motores de imán permanente controlados mediante inversor en electrodomésticos, representa otra oportunidad relevante ya que ahorra más del 50 % del 50% de toda la electricidad, el 20% de todo el consumo de energía utilizada en aplicaciones de accionamiento de motores. Además, la sustitución de bombillas incandescentes por iluminación basada en fluorescentes compactos con balasto electrónico o diodos emisores de luz puede ahorrar cerca del 75% del 20% de la electricidad, el 8% del consumo total de energía utilizada por la iluminación. La mejora de la eficiencia y de las arquitecturas distribuidas para el suministro de energía a cargas electrónicas, especialmente dentro de la creciente infraestructura de TI, es una oportunidad para ahorrar más del 20% de la energía utilizada en tales

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“El ahorro de energía se obtiene en su mayor parte según el tipo de carga, si bien el rendimiento de las cargas exige una electrónica de potencia optimizada e inteligente. Aunque las cargas y las arquitecturas electrónicas de alimentación necesarias se encuentran en principio disponibles para implementar estas soluciones de ahorro de energía, se prevé que su adopción siga siendo relativamente débil durante otra década como mínimo” aplicaciones, que actualmente representa más del 15% de la electricidad consumida y el 6% del consumo total de energía en el mundo. En total, se puede ahorrar más del 25% del consumo anual de energía en el mundo mediante una amplia adopción (superior al 90%) de estas tecnologías eficientes de carga que permite la electrónica de potencia avanzada. Esta conservación de la energía representa una reducción de costes superior a 2 billones de dólares al año (para un precio del petróleo de 45 dólares por barril), muy superior a los aproximadamente 50.000 millones de dólares al año con la electrónica de potencia actual. El ahorro de energía se obtiene en su mayor parte según el tipo de carga, si bien el rendimiento de las cargas exige una electrónica de potencia optimizada e inteligente. Aunque las cargas y las arquitecturas electrónicas de alimentación necesarias se

encuentran en principio disponibles para implementar estas soluciones de ahorro de energía, se prevé que su adopción siga siendo relativamente débil durante otra década como mínimo. Esto se debe al precio añadido que se traslada al consumidor final de los sistemas completos que incorporan estas soluciones con un consumo eficiente de energía. Sólo cuando este mayor precio se ve reducido o eliminado sustancialmente se acercará la adopción de sistemas eficientes a los niveles necesarios para obtener importantes ahorros del consumo mundial de energía. La reducción de los costes totales del sistema se puede lograr por medio de una electrónica de potencia inteligente que optimice la relación rendimiento/coste. Las soluciones modernas de electrónica de potencia ofrecen un conjunto de avances al nivel del sistema como protocolos de comunicación, infor-


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mes del estado de la carga, así como una optimización del equilibrio, coordinación y protección de los subsistemas y cargas de la conversión de potencia. Si bien estos avances han sido muy importantes, es el progreso continuo que ha registrado el rendimiento de los propios subsistemas del convertidor de potencia los que han permitido unas cargas de trabajo cada vez más densas y eficientes. FACTORES DE MÉRITO EN LA CONVERSIÓN DE POTENCIA Se puede afirmar que la propuesta de valor intrínseco de los subsistemas de conversión de potencia es la densidad*eficiencia/coste. Este factor de mérito del rendimiento/coste para el proceso de potencia es el impulso equivalente al factor de mérito de la unidad lógica/dólar de la bien conocida ley de Moore en la industria del proceso de datos. Ambos factores de mérito han registrado importantes avances durante los últimos 40 años. Se puede afirmar que los avances más significativos en eficiencia* densidad/coste para la conversión de energía se han logrado con las mejoras en los requisitos de los dispositivos de potencia utilizados. En general, todos los avances obtenidos gracias a mejoras en las arquitecturas de los circuitos, de la regulación lineal a la conmutada, de la conmutación dura a suave, de la rectificación pasiva a síncrona, etc., se han logrado aprovechando la capacidad inherente y evitando la limitación inherente de los componentes interruptores de potencia utilizados. Por tanto es de prever que las prestaciones radicalmente mejoradas de los interruptores de potencia pudieran revolucionar las arquitecturas y los sistemas de potencia. La capacidad de los dispositivos semiconductores de potencia de mejorar el factor de mérito rendimiento/coste de la electrónica de potencia puede simplificarse con su propio factor de mérito precio/rendimiento, es decir, pérdidas de potencia en conmutación*pérdidas de potencia óhmicas* coste, donde las pérdidas de potencia en conmutación reflejan la limitación térmica de la densidad, superada a menudo mediante el aumento de la frecuencia de conmutación y la consiguiente reducción de tamaño de los componentes del filtro de salida. Para los circuitos inversores esto se puede expresar como Qrr*Vceon*coste o de manera más precisa Eoff* Vceon*coste, para

las parejas formadas por interruptor IGBT/diodo basadas en silicio. Para circuitos convertidores CC/CC como los reguladores reductores (buck) en modo común, el factor de mérito es R(ds)on*Qsw*coste. En este caso la resistencia en conducción, R(on), multiplicada por el coste, también sirve para representar el factor de mérito genérico de precio/rendimiento para un interruptor de potencia como dólares/amperio. La introducción en el mercado de los FET de potencia basados en silicio, hace unos 30 años, que permitió una amplia adopción de fuentes de alimentación conmutadas que sustituyeron a los reguladores lineales como arquitectura de alimentación dominante, el FET de potencia de silicio se ha convertido en el dispositivo de potencia dominante. El IGBT basado en silicio, que combina la facilidad de control de la carga y las ventajas de la resistividad con deriva modulada por la conductividad, también ha desempeñado un papel fundamental, especialmente en los sistemas de conversión a frecuencias más bajas, como los inversores para accionamiento de motores. Desde luego, la misma inyección de portadores minoritarios que proporciona unas menores pérdidas óhmicas también incrementa las pérdidas en conmutación por efecto de las consiguientes corrientes de cola. A lo largo de las tres últimas décadas los importantes esfuerzos dedicados a la ingeniería han impulsado la mejora del factor de mérito de estos dispositivos de potencia de silicio en más de un orden de magnitud. No obstante, a medida que madura esta tecnología resulta cada vez más caro lograr mejoras aun modestas en el factor de mérito del dispositivo. Se estima que una mejora en un factor inferior a dos será viable económicamente para los FET de 30 V [4], y quizá en un factor cinco para IGBT de silicio de 600 - 1200 V [5]. Si se necesitan mayores avances en el rendimiento de los dispositivos de potencia por parte de las cargas electrónicas en el futuro, tal como parece en la actualidad, estos avances se deben lograr mediante el uso de materiales alternativos. Entre las alternativas más prometedoras al silicio se encuentran los dispositivos de potencia basados en nitruro de galio. Aunque el transistor básico HEMT de GaN fue inventado hace más de 15 años por M. Asif Khan [6], en tiempos bastante recientes se han dedicado importantes esfuerzos al desarrollo

“Además de las mejoras en la eficiencia, el uso de semiconductores con una amplia banda prohibida (band gap) en lugar de dispositivos de vanguardia basados en silicio para los sistemas electrónicos de potencia permite reducir la relación tamaño/peso de los subsistemas de conversión en un factor dos a diez”

de dispositivos de potencia que utilicen la tecnología de GaN sobre silicio (GaN-on-Si), sobre todo durante los últimos 5-7 años. Se espera que los dispositivos de potencia basados en GaN incorporen mejoras rápidamente durante los próximos 10 a 20 años. De hecho, se espera una mejora de un orden de magnitud en los principales factores de mérito de rendimiento del dispositivo durante los próximos cinco años. Además de las mejoras en la eficiencia, el uso de semiconductores con una amplia banda prohibida (band gap) en lugar de dispositivos de vanguardia basados en silicio para los sistemas electrónicos de potencia permite reducir la relación tamaño/peso de los subsistemas de conversión en un factor 2 a 10 gracias a la importante reducción de los requisitos de refrigeración del sistema, lo cual habría de promover su adopción. LA BARRERA DEL COSTE Existen, sin embargo, varias barreras importantes a la comercialización de dispositivos de potencia basados en GaN. Entre éstas se encuentra el coste de producción. La producción de dispositivos de potencia incluye los costes del sustrato, epitaxia, fabricación del dispositivo, encapsulado, electrónica de soporte y desarrollo. El límite económicamente viable de unos 3 dólares/cm2 para el coste del Mundo Electrónico | JUN 11


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Figura 1. Movilidad Hall medida (cm2/Vs) para epitaxia HEMT nitruro III con GaNpowIR.

Figura 2. Pliegue de la oblea medido en micras tras una deposición epitaxial HEMT nitruro III de 2 µm sobre silicio de 150 mm.

sustrato y la epitaxia establecido por el mercado de los dispositivos de potencia se ve superado por todos los tipos de sustratos excepto las obleas de silicio. Las herramientas MOCVD multioblea ofrecen la capacidad de manejo y el coste de propiedad requeridos, si bien su estado actual es bastante primitivo si se compara con el equipamiento moderno para el proceso de silicio. Tras el coste del sustrato y de las capas epitaxiales, los costes de fabricación del dispositivo son los más crítiJUN 11 | Mundo Electrónico

cos. De hecho, en la actualidad se necesitan diámetros del sustrato de al menos 150 mm para lograr una amplia viabilidad comercial en la fabricación de dispositivos de potencia. La amplia disponibilidad de obleas de silicio de gran diámetro es otra razón para seleccionarlas como material del sustrato epitaxial. Ha sido habitual en la fabricación de dispositivos semiconductores compuestos recurrir a procesos especializados como el haz de electrones o la litografía de tipo liftoff, así como la metalización con oro.

Estas técnicas son comprensibles para aplicaciones militares y de RF, cuyos mercados soportarán costes de más de 10.000 dólares para obleas acabadas de 100 mm para dispositivos discretos. El gran mercado de los dispositivos de potencia no soportará unos costes de fabricación con este orden de magnitud. De hecho, para lograr una amplia adopción de dispositivos de potencia basados en materiales alternativos los costes de fabricación deben aproximarse a los de sus homónimos de potencia basados en silicio. Tales costes de fabricación de dispositivos sólo son factibles si se emplean líneas de fabricación de gran volumen (> 10.000 obleas/semana) y de alto rendimiento (compatibles con silicio). De forma parecida, el volumen necesario para obtener el soporte del amplio mercado de los dispositivos de potencia (10 millones de obleas de 150 mm equivalentes al año con el uso actual) requiere la escalabilidad de la fabricación del dispositivo que ofrecen las plantas de fabricación existentes junto con el suministro de sustratos de silicio. Un ejemplo de programa tecnológico desarrollado para resolver estos aspectos es la plataforma GaNpowIR de International Rectifier [3]. Esta plataforma tecnológica utiliza un proceso de fabricación de dispositivos de GaN-on Si heteroepitaxial que se puede realizar en una línea de producción moderna de tipo estándar de CMOS sobre silicio con pocas modificaciones en el equipamiento o la disciplina de proceso. En consecuencia, esta plataforma tecnológica es capaz de proporcionar dispositivos de potencia con unos factores de mérito rendimiento/coste superiores si se comparan con el silicio, lo cual promoverá su amplia adopción. Lo que se explica a continuación evidencia la superación de varias barreras para la comercialización de dispositivos de potencia basados en GaN. Uno de los retos fundamentales para la comercialización de dispositivos de potencia basados en GaN es el desarrollo de procesos epitaxiales de nitruro III que sean económicos, de alto rendimiento y con una alta capacidad de manejo sobre obleas de silicio de gran diámetro. Tal como se ha explicado antes, es bien sabido que el silicio es el sustrato escogido para los dispositivos de potencia comerciales basados en GaN. La disparidad intrínseca entre la constante de malla y el coeficiente térmico de expan-


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El resultado de todo ello es una capa del dispositivo de más calidad, tal como demuestra la excelente movilidad Hall de los electrones superior a 2000 cm2/Vs que se obtiene habitualmente en el gas de electrones bidimensional que se forma en la unión entre el gruesa capa intermedia de GaN y la capa superior de la barrera de AlGaN (figura 1). Además, el pliegue de la oblea resultante < 20 µm (3 sigma), se encuentra perfectamente dentro de los límites exigidos para la fabricación de dispositivos de < 60 µm (figura 2). Conviene destacar que con este volumen de fabricación se consigue un material verdaderamente libre de grietas a 0,5 mm del borde de la oblea.

Figura 3. Comportamiento de la fuga en el drenador con polarización inversa para un dispositivo LV GaNpowIR (Lg=0,3 µm) a temperatura ambiente.

Figura 4. Área de funcionamiento seguro (SOA) con polarización directa para dispositivos de potencia de GaN de baja tensión dirigidos a aplicaciones de conversión de potencia con una tensión de entrada de 12 V.

sión con las películas epitaxiales del nitruro III generan desigualdades de acoplamiento, así como importantes esfuerzos macroscópicos de la película que pueden dar como resultado un pliegue excesivo de la oblea y la deformación del plástico (grietas) en las películas. Estos problemas se han resuelto mediante un desarrollo propio del crecimiento de la película epitaxial con gro-

sores estándar (675 µm) sobre obleas de silicio de 150 mm (111) para eliminar la mayoría de desigualdades de acoplamiento, con un resultado 109 cm-2 en desigualdades predominantes en el borde para películas con 2 µm de grosor (comparables a películas con un grosor similar sobre SiC), así como la compensación de los esfuerzos provocados por las disparidades de los coeficientes térmicos.

REDUCCIÓN DE LAS CORRIENTES DE FUGA Muchos de los dispositivos de GaN realizados hasta la fecha utilizan puertas Schottky y ofrecen por tanto un nivel de fugas en funcionamiento del orden de mA/mm de anchura de puerta. Para un dispositivo de potencia, cuya anchura de puerta efectiva suele ser del orden de 1 metro, una fuga como ésta provocaría una inaceptable pérdida de potencia/calentamiento. De forma parecida, la tensión máxima de funcionamiento se ha especificado a menudo para densidades de corriente fuente-drenador en polarización inversa del orden de mA/mm de anchura de puerta. Otro reto es, por tanto, la reducción de estas corrientes de fuga a menos de 1 µA/mm. Esto se ha logrado mediante el uso combinado de una construcción de puerta aislada de desarrollo propio y una mejor calidad de la película epitaxial de nitruro III. Esto ha dado como resultado unas fugas de puerta y de drenador-fuente de 10 pA/mm (figura 3). Puede verse una ruptura de fuente-drenador limitada por perforación de > 40 V para Vg= -20 V en este dispositivo, con Lg=0,3 µm y un espacio puerta-drenador y puerta-fuente de 1 µm. Estos dispositivos son muy robustos para su aplicación en reguladores reductores (buck) de 12V a 1 V (figura 4), donde se muestra el área de funcionamiento seguro con polarización directa (forward biased safe operating area, FBSOA) para unos dispositivos de potencia de una tensión tan baja, superando de largo los requisitos de la aplicación. Para estos dispositivos con una anchura de puerta de 850 mm, la relación Ion/Ioff de > 10 e10 es notablemente mejor que Mundo Electrónico | JUN 11


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“Un reto para la comercialización de dispositivos de potencia basados en GaN de baja tensión es la reducción y el control de la resistencia de contacto fuente-drenador”

Figura 5. Resistencia de contacto mediante la utilización de la técnica de línea de transmisión estándar para la plataforma GaNpowIR inicial.

Figura 6. Estabilidad de la resistencia en conducción, Rdson, para dispositivos de potencia basados en GaN a 150°C, con Vg= -7 V y Vds= 15 V durante más de 6.000 horas. Lg= 0,3 µm, Wg= 2600 mm.

Figura 7. Estabilidad de la corriente de fuga en la puerta durante más de 3.000 horas con una tensión de -50 V aplicada a las puertas con una tensión nominal de 8,5 V a 150°C. Lg= 0,3 µm, Wg= 2600 mm. JUN 11 | Mundo Electrónico

la obtenida por otros con dispositivos basados en GaN. De hecho, se logran de forma habitual relaciones de Ion/ Ioff de > 10 e8 para dispositivos de 600 V, donde Ioff se mide a 600 V. Un reto para la comercialización de dispositivos de potencia basados en GaN de baja tensión es la reducción y el control de la resistencia de contacto fuente-drenador. Aunque este componente de Rdson en un dispositivo de alta tensión (es decir, > 300 V) es insignificante, puede dominar el factor de mérito para dispositivos de baja tensión (por debajo de 100 V). De hecho, para ser competitivos, la resistencia de contacto en los dispositivos de baja tensión debe ser < 0,35 ohm mm. Esto se puede lograr en un volumen económico y de gran volumen sin utilizar metalización con oro (figura 5). Otra dificultad para la realización de dispositivos GaN de baja tensión viables comercialmente es la conducción efectiva de la corriente fuentedrenador entre los terminales internos y externos del dispositivo. Esto se ha logrado mediante la utilización de metalización multinivel planarizada, de común en la fabricación de dispositivos ULSI con silicio. Además, se ha recurrido a una metalurgia frontal soldable (solderable front metallurgy, SFM) de desarrollo propio para producir una pastilla (die) de tipo flip-chip, eliminando así la unión mediante hilo conductor (wire bonding) y minimizando los elementos parásitos propios de otros encapsulados. El rendimiento del dispositivo es un reto importante para la comercialización de dispositivos de potencia con una gran superficie. Es imperativo económicamente lograr rendimientos > 80 % para grandes dispositivos (es decir, > 10 mm2). Estos niveles de rendimiento se han obtenido me-


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REFERENCIAS [1] www.eia.doe.gov/iea [2] Lidow, A., APEC 2005 Plenary Talk y Briere, M.A., S2k Conference 2005 [3] M.A. Briere, Proceedings of PCIM Europe 2009 p. y Briere, M.A., Power Electronics Europe (7), October / November 2008 pp. 29-31 [4] Ikeda et al. ISPSD 2008 p. 289 [5] Nakagawa, A., ISPSD 2006 p.1 [6] Khan, M.A. et al., Appl. Phys. Lett (63) p. 3470, 1993.

diante esta plataforma tecnológica, demostrando así el necesario nivel de madurez del proceso para su comercialización. Finalmente, la estabilidad de las prestaciones de los circuitos que integran el dispositivo es un requisito previo a su comercialización. El factor de mérito crítico, Rdson, muestra una excelente estabilidad bajo una aceleración de las condiciones de trabajo durante > 6.000 horas (figura 6). De hecho, más de 3.000.000 de horas de pruebas de fiabilidad de los dispositivos han demostrado un rendimiento en línea con las especificaciones del dispositivo basado en silicio. La figura 7 ilustra la excelente estabilidad del dieléctrico de puerta bajo unas condiciones extremas de esfuerzo acelerado de Vg= -50 V a 150 C durante más de 3.000 horas. La figura 8 ilustra la estabilidad de la corriente de fuga del drenador bajo un esfuerzo de polarización inversa de 26 V con Vg= -7 V a 175°C durante más de 3.000 horas. Como se puede ver, no se observa una degradación significativa. Asimismo, la figura 9 muestra que no hay degradación física en la capa de la barrera de AlGaN en el borde de la puerta tras 3.000 horas bajo estas condiciones. Esto es previsible debido a las corrientes de fuga notablemente reducidas que se producen cuando se utiliza un dieléctrico de puerta en lugar de una construcción de puerta con metal-semiconductor. CONCLUSIÓN Hay una gran oportunidad de influir sobre el consumo global de energía en el futuro, con sus numerosas consecuencias desde un punto de vista sociológico, medioambiental y económico. Se ha expuesto que un medio económico de producir dispositivos de potencia basados en GaN ayu-

Figura 8. Estabilidad de la corriente de fuga del drenador con 26Vds y -7Vgs a 175 C.

Figura 9. Sección transversal obtenida mediante microscopio electrónico de transmisión (TEM) de la región de la puerta en un dispositivo de baja tensión que no muestra degradación alguna en el borde de la puerta de la barrera de AlGaN tras someterse a 3.000 horas de esfuerzo a 26 Vds y -7Vgs a 175°C.

dará a alcanzar las tasas de adopción necesarias para cumplir este reto. La plataforma GaNpowIR de International Rectifier es una plataforma tecnológica de este tipo. Se han presentado las principales barreras a la comer-

cialización, junto con resoluciones efectivas. Se ha mostrado una excelente estabilidad del dispositivo y su fiabilidad a largo plazo para los primeros dispositivos de potencia de baja tensión. ● Mundo Electrónico | JUN 11


tendencias

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Modo dormido profundo

Gestión del consumo embebido más allá del modo dormido Los modos dormidos ya no son capaces de ofrecer el ahorro de energía que puede dar soporte a las nuevas generaciones de productos con vidas de la batería del orden de una década o de hacer frente a las mayores exigencias de tipo ecológico. De ahí que los fabricantes de microcontroladores estén buscando nuevas técnicas para llevar la gestión de potencia embebida más allá del modo dormido convencional. Jason Tollefson Microchip Technology

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ace poco que los fabricantes de microcontroladores han empezado a utilizar ‘interruptores’ electrónicos para eliminar por completo el consumo de energía en algunas partes del chip cuando no se están utilizando; los circuitos supervisores de tensión también han experimentado avances, de forma que pueden proporcionar un control con-

tinuo mientras consumen la mínima cantidad de energía de la batería. Al explorar estas tecnologías emergentes se puede conocer cómo pueden implementarse para lograr el máximo efecto. El modo dormido del microcontrolador se ha venido considerando la herramienta de gestión de la alimentación

Figura 1. El PIC24F16KA XLP utiliza el modo dormido profundo para reducir el consumo de energía. JUN 11 | Mundo Electrónico

más útil para el diseñador de sistemas embebidos. Pero el modo dormido tiene ya muchos años y está empezando a mostrar su envejecimiento. Ya no se puede confiar en este modo para seguir cumpliendo los objetivos de minimización del consumo de energía que son fundamentales en las nuevas generaciones de productos embebidos. Una de las razones para ello es que a lo largo de los años los microcontroladores se han hecho más complejos con la integración de más funciones y periféricos. Con cada aumento de la complejidad, el microcontrolador añade nodos de proceso, todos los cuales contribuyen al desperdicio de energía en el sistema. Añadamos a esto la irrupción de productos que exigen vidas de la batería de diez años o más en aplicaciones como contadores inteligentes, detectores de humo, así como la creciente legislación para controlar el consumo de energía, y se evidencia que el modo dormido tradicional, simplemente, no puede proporcionar suficientes ahorros en el consumo de energía. MÁS PROFUNDO QUE DORMIDO Para superar los efectos que tienen la creciente complejidad y las geometrías de proceso más reducidas, los fabricantes de microcontroladores han introducido nuevos modos para disminuir el consumo de energía. Aunque sus nombres pueden variar, como espera (standby), STOP2, LPM5 o dormido profundo, su meta es la misma. Todos intentan disminuir la necesidad de consumir energía por parte del mi-


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crocontrolador más allá de la eficiencia que logra el modo dormido. Todas las técnicas del modo dormido profundo se basan en interruptores controlados mediante software embebido para eliminar el consumo de energía en áreas significativas del microcontrolador. La desconexión de los transistores en algunas áreas del chip elimina las pérdidas en el transistor y, por tanto, prolonga notablemente la vida de la batería. En modo dormido profundo, los circuitos de color verde mostrados en la figura 2 continuarán consumiendo energía, mientras que los restantes circuitos lo habrán eliminado. No todos los fabricantes logran el mismo nivel de ahorro de energía con el modo dormido profundo. Generalmente se obtiene una reducción del 80% para la corriente en modo dormido, pero algunos microcontroladores logran actualmente una disminución de la corriente en modo dormida profundo hasta tan sólo 20 nA. La combinación de bajas corrientes en modo dormido profundo y baterías con bajos coeficientes de autodescarga puede añadir años a la vida de la batería en una aplicación. CONSIDERACIONES SOBRE EL MODO DORMIDO PROFUNDO Por supuesto, con cada nuevo avance existen consideraciones a tener en cuenta, y para el modo dormido profundo ocurre que el tiempo de arranque es más lento. Por regla general, se tarda entre 1-10 µs en despertar el microcontrolador del modo dormido estándar pero, dependiendo del fabricante, un microcontrolador puede tardar entre 300 µs y 3 ms cuando se despierta del modo dormido profundo. Este arranque más largo se necesita alimentar de nuevo las secuencias y para que los reguladores integrados se estabilicen. El despertar desde el modo dormido profundo es muy parecido a un reinicio completo del sistema. Otra diferencia significativa es que en su mayoría las configuraciones del modo dormido profundo retiran la alimentación de la RAM, los registros de periféricos y las E/S, mientras en el modo dormido estándar la ejecución comienza exactamente dónde se paró. En el modo dormido profundo se necesita restaurar el contexto de programa desde una fuente de memoria no volátil, como flash o EEPROM, o desde pequeñas áreas de memoria RAM de reserva que no pasan al modo dormido profundo. Como se necesita corriente para ejecutar el código con el

Figura 2. El modo dormido producto activa algunos circuitos y elimina el consumo de energía en otros.

fin de restaurar el microcontrolador a su estado previo al modo dormido profundo, el despertar desde el modo dormido profundo exige una pequeña penalización en el consumo de energía. Pese a estas consideraciones, muchas aplicaciones pueden aprovechar el modo dormido profundo. La dificultad, por supuesto, estriba en determinar qué aplicaciones deberían implementar el modo dormido profundo y cuáles no. Esta sencilla ecuación (cortesía de Microchip: Nota de Aplicación AN1267) puede responder a la pregunta: Tbe = ((Tinit*Idd)+(Tpor*Ipor))/(Ipdslp-Ipdds) Donde Tbe es el punto de equilibrio en el cual la carga en modo dormido es igual a la carga en modo dormido profundo; Tinit es el tiempo de inicialización para reanudar el funcionamiento normal; Idd es la corriente consumida durante el modo de consumo normal; Tpor es el tiempo de reinicio de conexión a la alimentación; Ipor es la corriente de reinicio con conexión a la alimentación (incluyendo la corriente del condensador de estabilización del regulador, si lo hubiere); Ipdslp es la corriente estática en modo dormido; e Ipdds es la corriente estática en modo dormido profundo. La anterior ecuación ofrece un modelo de la carga en modo dormido y dor-

mido profundo. En el punto de equilibrio, Tbe, la carga es igual para cada modo. El modo dormido profundo resulta más ventajoso una vez superado Tbe, tal como muestra el siguiente ejemplo. Supongamos que el microcontrolador en modo dormido profundo tiene estas características: Tiempo de ejecución de la inicialización (Tinit) = 200 µs Corriente durante la ejecución (Idd) = 400 µA Tiempo de reinicio de conexión a la alimentación (Tpor) = 600 µs Corriente en POR (Ipor) = 30 mA (en los 30 mA se incluye la corriente para el condensador de estabilización del regulador) Corriente en modo dormido (Ipdslp) = 3,5 µA Corriente en modo dormido profundo (Ipdds) = 28 nA Por tanto: Tbe = Tpd = ((Tinit*Idd)+(Tpor*Ipor))/(IpdslpIpdds) = ((200 µs * 400 µA)+(600 µs * 30 mA))/(3,5 µA – 28 nA) = 5,2 segundos Por tanto, con un Tbe de 5,2 segundos, una aplicación que se mantenga en Mundo Electrónico | JUN 11


tendencias

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modo dormido profundo durante más de 5,2 segundos saldrá beneficiada. LLAMADA DE DESPERTADOR Despertar un microcontrolador del modo dormido profundo es distinto a despertarlo del modo dormido. El modo dormido tradicional tiene diferentes formas de despertar el microcontrolador, como interrupciones, temporizadores, recepción de comunicación, final de conversión en el convertidor A/D y cambios de la tensión de alimentación. Los fabricantes de microcontroladores han incorporado algunas fuentes de despertador, pero no todas, en sus modos dormido profundo. Entre las fuentes de despertador disponibles en modo dormido profundo puede haber interrupciones, patillas de reinicio, reinicio de conexión a la alimentación (power-on reset), alarmas de reloj en tiempo real, temporizadores supervisores (watchdog) y detección de subtensión (brownout). Lo que no figura en esta lista es el despertador por recepción de comunicación y por final de conversión en el convertidor A/D. Como estas zonas del dispositivo no tienen alimentación, el modo dormido profundo no puede ofrecer estas funciones de despertador. Como los diferentes fabricantes pueden optar entre distintos tipos de despertador, es importante revisar las funciones de despertador que ofrecen las diferentes familias de microcontroladores. Algunos proveedores, por ejemplo, sólo salen del modo dormido profundo por la activación de la patilla RESET. Esto funciona para aplicaciones que tengan un botón de ‘on’ y no representa un consumo añadido de energía. Al presionar el botón se despierta a la aplicación del modo dormido profundo, se restablece su estado y el producto está listo para funcionar. Esto es válido para aplicaciones como termómetros y dispositivos portátiles, y también se puede utilizar para prolongar la vida de la batería ya que se pueden suministrar en estado dormido profundo. Otros proveedores utilizan una implementación más completa del sistema y han incorporado más flexibilidad mediante la incorporación de funciones de reloj en tiempo real y calendario. Esto permite que la aplicación sea autónoma y puede añadir tan sólo 500 nA a la corriente en modo dormido profundo. En lugar de esperar a pulsar un botón, la alarma del reloj despierta el dispositivo. Esto es importante para aplicaciones como detectores de humos que JUN 11 | Mundo Electrónico

deben despertarse dos o tres veces por minuto para muestrear la calidad del aire o para un sensor alimentado por batería que se despierta pocas veces al día para transmitir datos. Se puede prolongar enormemente la vida de la batería adaptando cada aplicación a unas funciones determinadas de despertados en modo dormido profundo. FIN DE LA VIDA OPERATIVA Aunque el modo dormido profundo prolonga la vida de la batería, sin duda llegará un momento en que la batería alcance el final de su vida operativa y de que aumente el riesgo de un funcionamiento incorrecto. Generalmente los circuitos supervisores, como los circuitos de reinicio por subtensión (Brownout Reset, BOR) y los temporizadores supervisores (Watchdog Timers, WDT) se utilizan como protección en este sentido. Los circuitos de BOR pueden detectar si la salida de batería es demasiado baja para un funcionamiento correcto y lleva la aplicación a un estado seguro. Los temporizadores supervisores ofrecen una protección similar frente a una ejecución de código errante en el caso de que el microcontrolador intente funcionar con una tensión poco segura o con una frecuencia inadecuada. El principal problema con estos circuitos es su consumo de corriente, que puede llegar hasta 5-50 µA. En un microcontrolador que tenga como objetivo un consumo de energía muy bajo mediante el modo dormido profundo, la energía consumida por estas soluciones tradicionales es inaceptable. Los microcontroladores más recientes solucionan estos problemas mediante la incorporación de diversos circuitos BOR y WDT especialmente diseñados para el modo dormido profundo. Estos circuitos BOR, denominados BOR en modo dormido profundo (Deep Sleep BOR, DSBOR) o BOR de consumo cero (Zero-Power BOR), pierden precisión a cambio de un consumo de corriente que puede disminuir hasta sólo 45 nA. Esto no sólo protege el producto al final de la vida de la batería, sino también frente a pérdidas momentáneas de alimentación debidas a fluctuaciones en la carga de la batería, algo habitual en los sistemas alimentados por baterías. La forma de implementar el BOR de baja corriente varía entre los distintos proveedores: algunos se pueden desconectar mientras que otros están permanentemente conectados. Como no todos los fabricantes de microcontroladores suministran un BOR para modo dormido

profundo, es importante comprobar la compatibilidad del microcontrolador con cada aplicación. Unos pocos proveedores también han reducido las corrientes del temporizador supervisor en los microcontroladores con modo dormido profundo, logrando así un consumo de corriente que puede ser de tan sólo 400 nA. Estas mejoras en el consumo de corriente significan que ambos circuitos supervisores se pueden alimentar mientras están en modo dormido profundo, con un consumo total de corriente reducido hasta tan sólo 445 nA. Esto supone un consumo de corriente un 99% más bajo que en la generación anterior de microcontroladores. Si se utilizando la ecuación anterior, al punto de equilibrio (Tbe) con ambos circuitos supervisores se llega en sólo 5,9 segundos. Por tanto, el consumo de corriente de estos circuitos supervisores permite un funcionamiento más seguro para todas las aplicaciones que estén dormidas más de 6 segundos. MODO DORMIDO PROFUNDO Si bien la reducción de las geometrías de proceso de los nuevos microcontroladores ofrece mayores niveles de integración y funcionalidad, es posible que los modos dormidos tradicionales no sean capaces de soportar las mayores pérdidas de corriente que se generan cuando el número de transistores aumenta de forma tan acentuada. De ahí que los proveedores de microcontroladores estén adoptando nuevos modos dormido profundo en los que partes del circuito puedan desconectarse completamente de la alimentación cuando no están funcionando. Esto, unido a circuitos despertadores más eficientes desde el punto de vista del consumo de energía, puede lograr que las corrientes en modo dormido profundo sean un 80% más bajas que con las anteriores técnicas de gestión de consumo. Si bien el modo dormido profundo puede aumentar enormemente la vida operativa de la batería en aplicaciones basadas en microcontroladores, es importante valorar cuál es el punto de equilibro para el consumo de energía, en el cual el ahorro energético es superior al que se necesita para despertar el circuito desde su modo dormido. La sencilla ecuación mostrada anteriormente permite que los diseñadores de sistemas embebidos puedan hacer esta valoración y crear una nueva generación de productos alimentados por baterías con una vida de la batería increíblemente prolongada. ●


productos y servicios

la solución

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Análisis de redes de banda ancha

Analizador vectorial de redes hasta 110 GHz de Anritsu El ME7838A de Anritsu tiene una cobertura de barrido único entre 70 kHz y 110 GHz, y trabaja entre 40 kHz y 125 GHz gracias a un diseño avanzado que elimina la necesidad de grandes y pesados módulos de ondas milimétricas y combinadores coaxiales. El ME7838A proporciona a ingenieros, diseñadores e investigadores un sistema que realiza una caracterización precisa y eficiente de dispositivos en banda ancha para dispositivos pasivos de microondas/ondas milimétricas. Entre tales dispositivos se incluyen los diseñados en redes de área personal inalámbricas (WPAN) de 60 GHz, redes ópticas de 40 Gbps y superiores, radar para automoción de 77 y 94 GHz, enlaces de radio digital, radar de ondas milimétricas para generación de imágenes de 94 GHz y comunicaciones por satélite en banda Ka. El ME7838A ha sido especialmente desarrollado por Anritsu para llevar a cabo medidas de integridad de señal en diseños emergentes de alta velocidad como los transceptores serializador/deserializador (SerDes) de 28 Gbps utilizados en servidores, enrutadores y otros productos para redes, informática y almacenamiento. Además, viene equipado con el módulo de ondas milimétricas 3743A que puede medir con precisión transceptores SerDes de 28 Gbps a mayores frecuencias que las necesarias para un análisis adecuado.

CARACTERISTICAS TÉCNICAS ■ Margen de medida: 70 kHz a 110 GHz de barrido único. ■ Margen de medida operativo: 40 kHz a 125 GHz. ■ Precisión: -55 dBm. ■ Elevado margen dinámico: 107 dB a 110 GH y 92 dB a 125 GHz. ■ Realiza las transiciones a 54 GHz. ■ Sistema de banda ancha VectorStar. ■ Sistema de calibración mejorado. ■ Gran pantalla en color. ■ Manejo mediante teclas y menús.

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El ME7838A se anuncia como el primer analizador vectorial de redes de banda ancha en proporcionar una buena directividad básica para todo el margen de frecuencias gracias a su diseño innovador y a la eliminación de los combinadores MUX utilizados en los sistemas tradicionales. Sus prestaciones permiten que el ME7838A ofrezca a ingenieros y diseñadores una calibración mejorada y una estabilidad de medida fiable de 0,1 dB de magnitud y 0,5º de fase para toda la escala de frecuencias de medida dentro de un período de 24 horas. La velocidad de medida es de 55 ms para 201 puntos en un ancho de banda de FI de 10 kHz. El diseño del ME7838A también proporciona a los usuarios ventajas de configuración. Su uso de módulos más pequeños y ligeros de RF y ondas milimétricas reduce la necesidad de voluminosos posicionadores que aumentan los gastos. Los módulos también son más económicos y se puede aprovechar el espacio libre en el banco de prueba para otras sondas y dispositivos necesarios para medidas en la oblea. Además de la caracterización de dispositivos de alta frecuencia para diseños de comunicaciones, las prestaciones del ME7838A hacen que resulte especialmente indicado para otras muchas aplicaciones. Es una herramienta que también permite analizar dispositivos utilizados en sistemas de seguridad basados en espectroscopía, así como en radioastronomía. Además, el ME7838A es una herramienta de alta precisión para los diseñadores de dispositivos pasivos que necesitan cobertura de banda ancha, como diseñadores de conectores y elementos de test.


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MEDIDA

Osciloscopio portátil para TEC 61010 El ScopeMeter 190 de la serie II es el primer osciloscopio portátil que cumple la norma IEC 61010 y se incluye en la categoría de seguridad Cat III 1000 V/Cat IV 600 V. Es el único diseñado para equipos electrónicos industriales de alimentación trifásica. Ofrece una alta velocidad de muestreo (hasta 2,5 GS/s/canal con una resolución de hasta 400 ps), junto con el ancho de banda y la profundidad de memoria de un osciloscopio de banco de alto rendimiento para detectar problemas difíciles como transitorios rápidos y averías intermitentes. Dispone de 4 canales independientes y aislados, puede utilizarlo en aplicaciones trifásicas como motores industriales, variadores de velocidad, SAI e inversores. Mediante la captura y la visualización de señales de entrada, salida y bucles de control de forma simultánea, podrá comparar y contrastar la amplitud de señal y las relaciones temporales en sistemas de control y automatización. Funciona durante 7 horas con una sola carga e incluye 2 puertos USB aislados. Asimismo, cuenta con Incluye TrendPlot, disparo Connect-and-View y ScopeRecord.

CONTROL

Potenciómetro deslizante compacto para aplicaciones de audio La serie RS6011 es una familia de potenciómetros deslizantes compactos que han sido diseñados para aplicaciones profesionales de audio, como mesa de mezclas y sistemas de atenuación de sonido. Las dimensiones son de 75x9,0x7,0 mm y la fuerza de accionamiento del potenciómetro se sitúa entre 0,1 a 0,2 N durante un recorrido de 60 mm. La fuerza de mantenimiento se sitúa en 100 N y tiene una vida útil de hasta 30.000 ciclos en un margen de temperaturas entre -10 a +60°C. Otras características destacables son su una tensión máxima de trabajo de 100 VCA y una resistencia total de 10 o 20 kΩ, dependiendo del modelo, con una tolerancia de ±20%. Según la versión, el cono de resistencia es lineal o logarítmica positiva. ■ Fabrica y comercializa: Alps Electric

■ Fabrica y comercializa: Fluke

MEDIDA

Circuito para contadores de luz inteligentes La familia 90Exx se ha ampliado con los contadores polifásicos 90E32 y 90E36, que cuentan con un amplio margen dinámico de 5000:1 para el primero y 6000:1 para el segundo modelo, así como una tecnología patentada de compensación de temperatura. Los dispositivos puede utilizarse tanto para medida de tres y cuatro hilos en tres fases, 3P3W y 3P4W, respectivamente, para la medida de energía activa y reactiva. Además, el IDT 90E36 cuenta con un circuito con función de transformada de Fourier discreta (DFT) que permite realizar un análisis de la red con capacidad de detección de distorsión armónica total (THD) y almacenamiento de datos a través de un acceso al puerto de memoria directo (DMA). ■ Fabrica y comercializa: Integrated Device Technology

ILUMINACIÓN

Controladores de corriente para luminarias LED Las fuentes de alimentación de este fabricante, dirigidas a aplicaciones en luminarias de LED para uso externo e interno, disponen de controladores de corriente constante o tensión constante son compatibles con los niveles de tensión máxima y minima a nivel global, ofreciendo además atenuación estándar para todos los modelos externos. La gama de productos incluye modelos para uso interno de formatos pequeños según la normativa IP20, ideales para aplicaciones con un número reducido de LED como por ejemplo luz de cocinas empotradas, salidas de emergencia. Todos los modelos de uso interno son de corriente constante, disponibles en 350 mA o 700 mA y con potencias de salida desde 5,6 W hasta 30 W. ■ Fabricante: Phihong ■ Comercializa: Astar Ingenieros

REGULACIÓN

Dispositivo de amplio margen de entrada para automoción Los reguladores reductores comercializados con las referencias A8582 y A8583 se dirigen al mercado de automoción e incluyen conmutación de alta frecuencia y elevada intensidad de salida con amplio margen de tensiones de entrada. Cada dispositivo integra un MOSFET tipo N con baja resistencia y buena respuesta a transitorios. Los dos modelos regulan tensiones entre 4,7 y 36 V, ofreciendo tensiones de salida de hasta 0,8 V y pueden suministrar corrientes de carga de 2 A (A8582) y 3,5 A (A8583). Las características de protección incluyen protección de mínima tensión de entrada, el ciclo para protección frente a sobrecorrientes, modo de protección de cortocircuito, protección frente a sobretensiones y apagado térmico. Además, el modelo A8583 ofrece una protección de diodo frente a circuito abierto, cortocircuito de patilla adyacentes y la protección de corto a tierra en cada patilla. Los dispositivos A8582/A8583 están disponibles en un encapsulado SOIC de 16 patillas y están libres de plomo. ■ Fabrica y comercializa: Allegro MicroSystems

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productos y servicios 52

SEGURIDAD PASIVOS

Redes de resistencias integradas La familia LT5400 se compone de redes de resistencias de precisión destinadas a sistemas de acondicionamiento de señal para amplificadores diferenciales, circuitos puente o referencias de tensión. En este momento existen opciones con relaciones de resistencia de 1:1 y de 10:1 con resistencias en formato cuádruple con resistencias de 10K y 100K. Cada dispositivo garantiza una precisión del 0,01% entre -40 y +85ºC y de 0,0125% entre -40 y +125ºC. Estas redes de resistencias también pueden reemplazar resistencias discretas y se han encapsulado en formato MSOP para minimizar los gradientes térmicos y garantizar unas condiciones contantes a lo largo del tiempo. Estas resistencias se han fabricado en tecnología de silicio y son insensibles a choques, vibraciones, humedad y temperatura. ■ Fabrica y comercializa: Linear Technology

Optoacopladores de hasta 4 A a la salida Los optoacopladores ACPL-P343/ W343, ACPL-P341/W341 y ACPLP340/W340 se caracterizan por una corriente máxima de salida de 4, 3 y 1 A, respectivamente. El amplio margen de corrientes de salida permite que la familia se dirija a sistemas con diferentes niveles de potencia, como el control de puerta de transistores IGBT y MOSFET, inversores industriales, inversores para energías renovables, accionamientos para motores CA y CC sin escobillas, fuentes de alimentación conmutadas, cocinas de inducción e inversores para electrodomésticos. El elevado factor de rechazo en modo común (CMR) de los optoacopladores de 35 kV/µs evita errores en el control de un IGBT y asegura un funcionamiento fiable en entornos con mucho ruido. Los encapsulados SO6 alargados de esta familia cumplen numerosos estándares de seguridad industrial, como IEC/EN/DIN EN 60747-5-2, UL 1577 y CSA. Los optoacopladores se encuentran disponibles en un encapsulado SO6 alargado que es entre un 40% y un 50% más pequeño que el encapsulado DIL (DualInLine) estándar. ■ Fabrica y comercializa: Avago Technologies

CONMUTACIÓN

Interruptor táctil para automoción y medicina El interruptor B3AL de largo recorrido es un dispositivo con dos terminales que se caracteriza por su elevada fuerza de accionamiento y su larga vida operativa. Este interruptor de accionamiento vertical destaca por su resistencia mejorada frente a la penetración del polvo y su larga vida operativa de hasta 1 millón de ciclos de trabajo. Este interruptor de gran recorrido, disponible en cuatro versiones, presenta unas fuerzas de accionamiento de 1,96; 2,45; 3,00 y 3,50 N, con una carrera de 1,3 mm que se consigue mediante un contacto de pulsador de goma. Con unas dimensiones de sólo 6,9x6,0x5,0 mm, funciona con corrientes de conmutación desde 1 mA a 5 VCC hasta un máximo de 50 mA a 16 VCC con carga resistiva y presenta una resistencia de aislamiento de 100 M� a 100 VCC así como una resistencia de contacto de 100 m�. Puede funcionar con una temperatura ambiente de -40 a +90°C y pesa unos 0,18 g. Se suministra en cintas y carretes de 12 mm.

AUTOMOCIÓN

MOSFET para aplicaciones CC/CC Los MOSFET de la familia DirectFET2 MOSFET se dirigen al segmento del automóvil en aplicaciones CC/CC utilizadas en vehículos de combustión interna, híbridos y eléctricos. Estoa dispositivos de 40 V incluyen los modelos AUIRL7732S2 y AUIRL7736M2. El AUIRL7732S2 tiene una carga de puerta baja y un formato SO-8 por lo que le puede utilizarse en convertidores reductores síncronos. El AUIRL7736M2 puede utilizarse como interruptor síncrono y tiene opción de encapsulado PQFN o SO-8. En ambos casos tienen una reducida inductancia que les permite mejorar el rendimiento de conmutación a frecuencias elevadas.

■ Fabrica y comercializa: Omron Electronics ■ Fabrica y comercializa: International Rectifier JUN 11 | Mundo Electrónico


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RELOJ

Oscilador de cristal basado en silicio para comunicaciones

POTENCIA

Transductores de corriente para seguridad La familia de transductores CTSR ha sido especialmente diseñada para cumplir los estándares más recientes de seguridad dirigidos a las instalaciones solares y los inversores, como es el caso de VDE 0126-1-1, UL 1741 e IEC 609501. Los dispositivos se montan sobre la placa de circuito impreso y son unos componentes ligeros (28 g) con una apertura de 20,1 mm de diámetro que puede albergar múltiples conductores. Gracias a su capacidad para la medida de corriente residual puede medir la suma de todas las corrientes instantáneas que circulan por la apertura, en configuraciones monofásica o trifásica. Los conductores pueden transportar corrientes primarias de hasta 30 A/hilo conductor (CA o CC). Ambos proporcionan una elevada capacidad de sobrecarga así como un elevado nivel de aislamiento entre los circuitos primario y de medida, gracias a las largas distancias de creepage y clearance (11 mm), junto con un índice de seguimiento comparativo de 600 V.

Los seis dispositivos de la serie NBX de osciladores de cristal basados en silicio de este fabricante proporcionan una solución de alta precisión dentro de los dispositivos de doble tensión y alta estabilidad en frecuencia con una cifra de ±20 ppm. Pueden trabajar con emisores de baja tensión 2,5/3,3 V de lógica positiva (LVPECL) que se utilizan en enrutadores, conmutadores, servidores y estaciones base de telefonía. Con un ruido de fase por debajo de -160 dBc/Hz y un jitter inferior a 0,5 ps, mantienen una tasa de error muy reducida. Los modelos NBXMBB024 y NBXSBB024 trabajan a 622,08 MHz, mientras que el NBXHGA017 tiene una frecuencia de 56,25 MHz, siendo el resto de frecuencias de 125,00 MHz para el modelo NBXHGA019; 161,1328 MHz para NBXSGA008; y 50,00 MHz para NBXHGA053. Se suministran herméticamente cerrados en formato CLCC con unas dimensiones de 5,0x7,0x1,9 mm. ■ Fabrica y comercializa: On Semiconductor

■ Fabrica y comercializa: LEM Components

SEGURIDAD

Circuito supervisor para micros El CIC61508 es un dispositivo supervisor especialmente diseñado para asegurar la firma en microcontroladores TriCore de 32 bit junto con el software SafeTcore. El dispositivo proporciona funciones de vigilancia conformes al más alto nivel de riesgo de seguridad funcional según las normativas IEC 61508 y ISO26262. El dispositivo puede integrar funcionalidades de seguridad como control de estabilidad (VSC), dirección asistida eléctrica (ESP), control de airbag, sistemas de amortiguación, motor, etc. El CIC61508 sirve como dispositivo de control independiente de diagnóstico para que el sistema de seguridad que requiera aprobación LEIA-D. Con una huella reducida en formato TSSOP-38, puede trabajan con temperaturas de -40 a +140°C. El dispositivo se completa con el kit de herramientas de seguridad SafeTkit basado en SafeTcore. También se incluye una completa documentación y todas las características de seguridad se pueden reconfigurar para evaluar el efecto de la seguridad en el sistema. ■ Fabrica y comercializa: Infineon Technologies

VISUALIZACIÓN

Controlador LED de 16 canales para aplicaciones sensibles al ruido El AS1121 cubre las necesidades de una amplia gama de paneles de video por LED, donde se necesita una calidad excelente de imagen y unas altas prestaciones. También se puede utilizar para el control inteligente de retroiluminación en los monitores y televisores, para generar patrones de luz ambiental o para controlar todo tipo de paneles de LED. Además, cuenta con una función de corrección por punto de 6 bit. Dispone de 16 canales controlador por corriente ofreciendo un nivel de ruido muy bajo especialmente indicado para aplicaciones sensibles a ruido e interferencias. Además, para evitar los picos de corriente iníciales, el AS1121 dispone de un retardo de salida controlado. El control de brillo de los 16 canales se hace por medio de un PWM de 12 bit cada uno de los 16 canales se puede ajustar de manera individual con una escala de grises de hasta 4096 puntos, lo que equivale a 6.800 millones de colores trabajando a una velocidad de 10 MHz. ■ Fabricante: Austriamicrosystems ■ Comercializa: Sagitrón

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MEDIDA

Opción de análisis matemática en tiempo real Este fabricante ha presentado una nueva opción de análisis matemático en tiempo real para su familia ScopeCorder DL850 incluye muchas nuevas funciones basadas en DSP, que aumentan las capacidades del instrumento, así como características como la linealización del sensor y características eléctricas a la conversión mecánica. Además de 30 funciones matemáticas de gran alcance, la nueva opción G3 amplía los filtros estándar del equipo con una serie de filtros estrechos para activar secuencias de medida específicas en función de las características de la onda. La opción G3 ofrece hasta 16 canales DSP en tiempo real y 30 funciones matemáticas incluyendo los cálculos de potencia, linealización del sensor, codificación, entre otros. La frecuencia de muestreo matemática es de hasta 10 MS/s, mientras que la frecuencia de muestreo del filtro es de hasta 1 MS/s. Estas nuevas opciones permiten ampliar los tipos de medidas que realiza esta gama de osciloscopios.

DESARROLLO

Plataforma para micros de 32 bit La plataforma chipKIT es la primera solución de 32 bit para Arduino que permite a aficionados y docentes una forma sencilla de integrar la electrónica en sus proyectos aunque no posean conocimientos de ingeniería electrónica. La plataforma consta de dos tarjetas de desarrollo basadas en PIC32 y un software de código abierto totalmente compatible con el lenguaje de programación y el entorno de desarrollo Arduino. El hardware chipKIT es compatible con las tarjetas de conexión y las aplicaciones para Arduino ya existentes y se puede desarrollar mediante el Arduino IDE y los recursos existentes, como ejemplos de código, bibliotecas, referencias y clases de formación. Esta solución de sencillo manejo y bajo coste ofrece soporte al desarrollo de proyectos por parte de aficionados y docentes de disciplinas tan variadas como la ingeniería mecánica, la informática o incluso el arte.

■ Fabrica y comercializa: Yokogawa ■ Fabricante: Microchip Technology ■ Comercializa: Acal, Avnet Silica, Farnell In One, Future, Rutronik, Sagitrón

ALIMENTACIÓN

Filtros para redes eléctricas en aplicaciones médicas La serie de filtros Corcom HZ se destina a redes eléctricas que requieran filtros capaces de aceptar corrientes entre 3 y 30 A, con una baja corriente de fuga y cumplan los estándares de la industria médica. Estos filtros de estado sólido ofrecen atenuaciones para frecuencias entre 10 kHz y 30 MHz y proporcionan un filtrado eficaz de las redes eléctricas con unas dimensiones reducidas. La serie cuenta con terminales seguros que reducen el riesgo de descargas accidentales, asimismo tienen terminales de acoplamiento con aislamiento. Los filtros son adecuados para aplicaciones médicas como la ecografía, monitorización de pacientes y procedimientos quirúrgicos, terapéuticos y de intervención. Estos filtros de línea de alimentación también pueden ser utilizados en aplicaciones industriales con interruptores de falla a tierra. Cumplen las certificaciones UL, CSA y VDE ofreciendo una tensión nominal máxima de 250 VCA. La fuga de corriente máxima de cada línea a tierra es de 2 mA a 120 VCA (60 Hz) y 5 mA a 250 VCA (50 Hz). Los dispositivos han sido diseñados para temperaturas de funcionamiento de -10 a +40ºC.

COMUNICACIONES

Solución compacta para transceptores Los módulos LNA ALM-12x24 integran un interruptor SPDT (un polo y doble fila) de 50 W de alta potencia, un LNA en la primera etapa y un amplificador de alta linealidad en la segunda etapa en un encapsulado de 8x8 mm. El interruptor SPDT, construido con un diodo PIN, protege el LNA frente a señales de alta potencia que pueden surgir de la cadena de transmisión en caso de adaptación incorrecta de la antena. El LNA y el amplificador de alta linealidad aprovechan el proceso pHEMT en modo de enriquecimiento de GaAs de 0,25 µm de la propia compañía. El módulo ALM-12124 cubre 1880-2025 MHz con 0,80 dB de NF y 36,4 dBm de OIP3 típico a 1900 MHz en modo receptor, mientras que el módulo ALM-12224 cubre 2300-2400 MHz con 0,99 dB de NF y 38,5 dBm de OIP3 típico a 2400 MHz en modo receptor. ■ Fabrica y comercializa: Avago Technologies

PROTECCIÓN

Fusibles de cinta integrados La serie Multifuse MF-LL se compone de fusibles de cinta y han sido especialmente diseñados para funcionar con baterías puesto que son dispositivos rearmables con una resistencia en conducción muy reducida y que ofrecen una protección fiable y robusta a aplicaciones electrónicas que requieran un dispositivo de protección de pequeñas dimensiones ante subidas de corriente puntuales y que aporten muy baja resistencia. Cumple los requisitos de protección para circuitos de baterías recargables utilizadas en dispositivos electrónicos portátiles como teléfonos móviles, reproductores MP3 y cámaras digitales. Con una superficie de huella total inferior a 11 mm², su resistencia inicial es de 5 y 15 mΩ.

■ Fabrica y comercializa: TE Connectivity ■ Fabrica y comercializa: Bourns JUN 11 | Mundo Electrónico


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ALIMENTACIÓN

Convertidores de bus intermedio de ¼ de brick Las series IBC 050 e IBC 048 se componen de convertidores de bus intermedio con tecnología VI BRICK y está formada ya por más de 12 modelos, en formatos de octavo y cuarto de brick, que suministran entre 300 y 750 W. El modelo IB050Q096T70N1-00 es un sustituto de alojamiento abierto para convertidores de bus intermedio de tipo estándar caracterizado por su alta potencia y un factor de conversión 5:1. Funciona con un amplio margen de tensiones de entrada de 36 a 60 V para niveles de potencia de hasta 750 W, un aislamiento de 2250 VCC entre entrada y salida y un pico de eficiencia superior al 98%. El IB050Q096T70N1-00 suministra una tensión de bus de salida de 7 a 12 V, mientras que otros productos de la familia con un factor de conversión 4:1 suministran de 8,7 a 15 V. La familia incluye convertidores con un margen de entrada estándar de 38 a 55 V (IBC 048) así como el tipo IBC 050 con un amplio margen de entrada. Tienen un formato estándar de cuarto de brick con unas dimensiones de 58,4x36,8x10,5 mm. ■ Fabrica y comercializa: Vicor

POTENCIA

IGBT de alta potencia La nueva familia de dispositivos IGBT MiniSKiiP se ha realizado con topologías de tres niveles y cuentan con una densidad de corriente nominal de 4,9 A/cm². Estos módulos pueden suministrar potencias de salida de hasta 85 kVA por lo que son adecuados para todo tipo de sistemas SAI. La tensión inversa de los IGBT y diodos utilizados se ha incrementado a 650 V para que las tensiones del bus de CC soporten hasta 900 V y 480 V para aplicaciones trifásicas industriales. Los módulos incluyen protecciones eléctricas y disipadores de calor. Además, esta nueva familia de módulos ha simplificado su conexión considerablemente pasando de los 8 tornillos habituales a una conexión en PCB mediante dos tornillos. Los diferentes modelos de la gama soportan corrientes nominales entre 20 y 200 A que se pueden acumular para lograr una corriente máxima de hasta 600 A. ■ Fabrica y comercializa: Semikron

AUTOMOCIÓN

Interruptor de potencia inteligente El interruptor de potencia inteligente (Intelligent Power Switch, IPS) AUIR3330S cuenta con una función propia de control activo de di/dt que reduce las EMI conducidas y las pérdidas en conmutación con el fin de simplificar el diseño y reducir el coste total del sistema en aplicaciones de control del motor en el automóvil. El nuevo dispositivo en el lado de alto potencial de 40 V une un regulador con autoelevación, una bomba de carga y un controlador en el lado de alto potencial dentro de un mismo encapsulado para ofrecer una solución altamente integrada. La frecuencia de control de la carga puede alcanzar los 40 kHz con un ciclo de trabajo del 100%. Incorpora la protección programable frente a sobrecorrientes y sobretemperaturas que exigen las aplicaciones que funcionan en entornos adversos del automóvil como bombas y ventiladores. Cuenta con realimentación por sensado de corriente, una función de diagnóstico, un consumo muy bajo de corriente en modo dormido y protección frente a ESD. ■ Fabrica y comercializa: International Rectifier

ACTIVOS

Puertas lógicas dobles Los dispositivos de doble puerta lógica de este fabricante se han diseñado para ayudar a reducir las huellas de los componentes para sistemas portátiles. Los modelos de la familia 74LVC2G incluyen dos puertas lógicas dentro de un encapsulado DFN1010 miniatura y de gran resistencia que tiene unas dimensiones de 1x1x0,4 mm. Los 6 dispositivos de esta serie incluyen inversores y dispositivo de retención con entrada de disparador Schmitt y formato de drenador abierto. Estos dispositivos se complementan con la familia 74LVC1G que cuenta con 18 modelos de puerta lógica única. Estos dispositivos también estarán disponibles en encapsulados SOT26, SOT353 y DFN1410. Soportan tensiones entre 1,65 V y 5,5 V por lo que se adaptan a sistemas de alimentación por baterías. ■ Fabrica y comercializa: Diodes

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productos y servicios 56

RELOJ

Oscilador controlado por tensión El modelo CVCO55CC Crystek-2850-2950 es un oscilador controlado por tensión (VCO) que opera con frecuencias de 2850 a 2950 MHz, con un margen de tensión de control entre 0,3 y 4,7 V. Este VCO se caracteriza por un nivel de ruido de fase típico de -105 dBc/Hz con 10 kHz de offset. La potencia de salida tiene un valor típico de 5 dBm. Se suministra en un encapsulado SMD de 12,7x12,7 mm. La tensión de entrada es de 5 V, con un consumo máximo de corriente de 25 mA. El oscilador resulta especialmente apropiado para aplicaciones como equipos de radio digital, sistemas inalámbricos fijos, sistemas de comunicaciones vía satélite y estaciones base. ■ Fabrica y comercializa: Crystek

ALIMENTACIÓN

Regulador reductor conmutado El MCP16301 combina un amplio margen de tensiones de entrada de 4 a 30 V y una salida de 600 mA para un margen de tensiones de 2 a 15 V, todo ello con una eficiencia de hasta el 95%. Gracias al interruptor de lado alto integrado en un pequeño encapsulado SOT-23 de 6 patillas, el MCP16301 minimiza el número de componentes externos para permitir una solución eficiente y compacta que reduce la tensión a partir de una alimentación de 12 a 24 VCC para gobernar microcontroladores PIC y otros dispositivos de baja tensión. El MCP16301 está indicado para decodificadores de TV, iluminación con LED, sistemas de climatización y contadores de suministro, así como en otras aplicaciones dentro de los mercados de la industria, telecomunicaciones, consumo y automóvil. Cuenta con el soporte de dos tarjetas de demostración. También están disponibles para su descarga gratuita una herramienta para selección del componente y notas de aplicación. ■ Fabricante: Microchip Technology ■ Comercializa: Acal, Avnet Silica, Farnell In One, Future, Rutronik, Sagitrón

ALIMENTACIÓN

Convertidor CC/CC de 25 W La familia UEI25 está formada por convertidores CC/CC que proporcionan una potencia de salida de 25 W con una relación 2:1 de salida a entrada, así como una elevada eficiencia. En estos momentos existen modelos de 3,3 VCC y modelos con 12 VCC. Son módulos de bajo perfil con unas dimensiones de 24,38x27,94x8,13 mm, que tienen un margen de tensiones de entrada entre 36 y 75 VCC por lo que son adecuados para alimentar sistemas de telecomunicaciones e incluyen una función de salida de ajuste que permite recortar un 10% la salida mediante ajuste externo con resistencia. La eficiencia alcanza el 91% sin tener que recurrir a refrigeración forzada. Estos convertidores CC/CC incluyen aislamiento magnético de hasta 2250 VCC. Se incluyen funciones de protección y de limitación de salida de corriente. Además trabajan en un margen de de temperatura industrial entre -40 y +85ºC. ■ Fabrica y comercializa: Murata Power Solutions

PROTECCIÓN

Dispositivo para descarga electrostática integrado El modelo ESD7004 es un dispositivo para la descarga electrostática integrado (ESD) diseñado para preservar la integridad de la señal en aplicaciones de alta velocidad, como USB 3.0 (5 Gbps) y eSATA (hasta 6 Gbps). Ofrece una capacidad muy baja de 0,4 pF típica y 0,5 pF máxima, el ESD7004 ofrece una solución de protección de EDS que no tiene prácticamente ningún efecto en los diagramas de ojo de USB 3.0 y eSATA. Además, mantienen unas muy bajas pérdidas de inserción hasta frecuencias de 8 GHz. Los diseños cuentan con tensiones de fijación de 11,4 V o menos en línea de transmisión de impulsos (TLP) bajo pruebas de salvaguardia con corrientes de ±8 A. El índice de EDS de 15 kV le asegura la homologación con el estándar IEC61000-4-2. Tiene unas dimensiones de 2,5x1,0x0,5 mm dentro de un encapsulado formato UDFN de 10 patillas que integra cuatro canales de protección. ■ Fabrica y comercializa: On Semiconductor

CONMUTACIÓN

Conmutador metálico iluminado El conmutador de la serie MSM de este fabricante viene con iluminación en rojo, verde, amarillo, azul y blanco. Además, los conmutadores incorporan una resistencia serie integrada para la conexión de la iluminación en anillo o en superficie. Permite trabajar con tensiones de alimentación de 5, 12 o 24 VCC. Los interruptores están disponibles para diámetros de montaje de 19, 22 y 30 mm. La función de conmutación es NO (normalmente abierta), NC (normalmente cerrada) y cambios en 1 o 2 patillas. Con unas dimensiones reducidas y un grade de protección IP67, es un conmutador adecuado y robusto, altamente resistente a los impactos y protegido frente al vandalismo. ■ Fabrica y comercializa: Schurter

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SONIDO

Micrófonos MEMS para teléfonos móviles y ordenadores portátiles Los micrófonos digitales MP34DB01 y MP45DT02 son dispositivos tipo MEMS que mejoran la experiencia de audio en teléfonos móviles y ordenadores portátiles, así como en muchas otras aplicaciones portátiles existentes. El modelo MP34DB01 incorpora un ancho de banda de audio real de alta fidelidad con entre 20 y 20.000 Hz, junto con una relación de señal/ ruido de 62 dB, suministrando una potencia y 70 dB de rechazo de ruido. El micrófono se ha incluido en un formato de 3x4x1 mm y se destina específicamente para terminales móviles por su diseño que permite montar el micrófono en la parte posterior del terminal móvil. Por su parte, el MP45DT02 es un dispositivo de 3,76x4,72x1,25 mm que se adapta a ordenadores portátiles y ordenadores de tableta. Aporta una relación señal/ruido de 58 dB y una buena respuesta en frecuencia. Estos micrófonos permiten reducir el número de componentes de audio requeridos en los sistemas portátiles.

ALMACENAMIENTO

Memoria ferroeléctrica RAM La tecnología de memoria llamada memoria RAM ferroeléctrica (FeRAM) es una memoria no volátil que utiliza una lámina ferroeléctrica como un condensador de almacenamiento de datos. En comparación con la otra memoria no volátil como EEPROM y Flash tiene la ventaja de un consumo de energía mucho más baja (1:400 o menos), una escritura de alta velocidad (similar a la DRAM) y un número significativamente mayor de ciclos de escritura (1.012 veces). Junto con la retención de datos de 10 años, estas características permiten a los ingenieros utilizar FeRAM en muchas aplicaciones, donde un almacenamiento fiable de datos es obligatorio, como contabilidad, configuración e información de estado en aplicaciones multimedia de consumo, industriales y automóviles. Los nuevos dispositivos tienen configuración de 8 bit y alimentación con tensiones de 3,3 V para un margen de temperaturas industrial entre -40 y +85ºC.

■ Fabrica y comercializa: STMicroelectronics

■ Fabricante: Oki Semiconductor ■ Comercializa: Grupo Rohm

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09 10 11 12 13 14 15 16 21

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Actividad Principal 01 Fabricación / Producción 02 Representación / Distribución 03 Almacenista 04 Detallista 05 Estudios Número de trabajadores de su empresa 01 1 a 5 05 100 a 499 02 6 a 9 06 500 a 999 03 10 a 49 07 1.000 a 4.999 04 50 a 99 08 Más de 5.000 Sector de actividad de su empresa

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índices y avances 58

Índice de anunciantes Mundo Electrónico - Junio 429

Próximo número - 430 Mundo Electrónico dedica su dossier del número de julio-agosto a los armarios y envolventes, además de ofrecer artículos sobre la optimización de recursos en el microcontrolador.

Adler Instrumentos .............................13 Agilent Technologies ............................2 Fadisel .................................................59 Kontron AG ..........................................11 Narda STS ..............................................9 National Instruments ................ Portada RC Microelectrónica ...........................60 Rutronik .................................................7

■ Tendencias

Depuración de energía para optimizar el software del microcontrolador Øyvind Janbu Energy Micro Medio puente con control complementario para iluminación con LED M. Arias, D.G. Lamar, A. Vázquez, D. Balocco, A. Diallo y J. Sebastián Universidad de Oviedo

■ Dossier

Armarios y envolventes

Índice de Empresas citadas AB Millimetre ......................................................................... 17 Acal Technology ............................................................... 54,56 Agilent Technologies......................................................... 18,22 Allegro MicroSystems ............................................................ 51 Alps Electric........................................................................... 51 Anritsu .............................................................................. 19,50 Astar Ingenieros..................................................................... 51 Austramicrosystems .............................................................. 53 Avago Technologies ......................................................... 52,54 Avnet Silica ....................................................................... 54,56 Bourns .................................................................................. 54 Crystek .................................................................................. 56 Cypress Semiconductor .......................................................... 9 Diodes ................................................................................... 55 Farnell In One ................................................................... 54,56 Farnell ................................................................................... 14 Fluke ..................................................................................... 51 Future Electronics ............................................................. 54,56 Infineon Technologies ............................................................ 53 Integrated Device Technology................................................ 51 International Rectifier ................................................... 40,52,55 Kontron AG ........................................................................... 10

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LEM Components ................................................................. 53 Linear Technology ................................................................. 52 Microchip Technology ................................................. 46,54,56 Microlease ............................................................................. 26 Murata ................................................................................... 56 National Instruments .............................................................. 20 Oki Semiconductor ................................................................ 57 Omron Electronics ................................................................. 52 On Semiconductor ........................................................... 53,56 Phihong ................................................................................. 51 Rohde & Schwarz .................................................................. 21 Rohm .................................................................................... 57 Rutronik......................................................................... 6,54,56 Sagitrón....................................................................... 53,54,56 Schurter ................................................................................ 56 Seiko-Epson ............................................................................ 9 Semikron ............................................................................... 55 STMicroelectronics ................................................................ 57 TE Connectivity ..................................................................... 54 Vicor ...................................................................................... 55 Yokogawa ............................................................................. 54


Mundo Electronico - 429  

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