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02 2020 Elektronik 45 Industrie 4 0 Suhel Dhanani ist Director of Business Development Industrial & Healthcare Business Unit bei Maxim Integrated Bevor er zu Maxim kam leitete Suhel das Marketing für das Segment Industrieautomation bei Altera Dhanani verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung im Produktund Segmentmarketing in verschiedenen Silicon-Valley-Unternehmen wie Xilinx Altera und Tabula Suhel hat einen MSEEund MBA-Abschluss der Arizona State University und ein Graduate Certificate in Management Science der Stanford University geklügelte Architektur mit Schaltund Linearreglern LDOs Außerdem erfordert die Kommunikation verschiedene Transceiver Im Bild 2 ist nicht explizit dargestellt dass einige Sensoren ebenfalls Digitalisolatoren benötigen um den Mikroprozessor oder FPGA vor den tatsächlich vorkommenden Signalen zu schützen Die zusätzlichen Elektronikkomponenten sind in ein lüfterloses geschlossenes Gehäuse mit gleicher Baugröße zu integrieren Deshalb kommt es beim Design und beim Entwickeln neuer Sensorarchitekturen ganz besonders auf die Größe Wärmeableitung und erhöhte Temperaturbeständigkeit an Auswahl elektronischer Komponenten für EdgeComputing-Systeme Beachtenswert ist hierbei die Stromversorgung denn sie kommt als Subsystem in jeglicher Anwendung vor Nicht nur der integrierte Chip bestimmt die Größe einer geregelten Stromversorgung vielmehr hängt sie meistens von den diskreten Bauelementen ab beispielsweise von der Induktivität und den Kondensatoren rund um den IC Da im Laufe der Jahre die Schaltregler immer integrierter wurden hat sich die Anzahl und Größe der diskreten Bauelementen verringert In den letzten Jahren kamen Leistungsmodule mit äußerst kleinem Formfaktor auf Sie integrieren die Induktivität die MOSFETs und Kompensationsbauelemente lediglich Kondensatoren für den Eingang und Ausgang sind noch erforderlich Der Integrationsgrad hat die Größe der Stromversorgung deutlich reduziert Bild 3 Die neuesten Leistungsmodule sind als gestapelte Ausführungen verfügbar das heißt die Induktivität befindet sich über dem IC um die Größe noch weiter zu reduzieren Bild 3 rechts Systeme für die Gebäudeautomation Heizung Lüftung Klimatechnik sind meistens über ein BACnet Building Automation and Control Network verbunden basierend auf der bewährten RS-485-Bitübertragungsschicht Hier müssen die nötigen RS-485-Transceiver so weit wie möglich integriert sein und einfache Stromversorgungen wie einen Transformatortreiber einen Linearregler und Digitalisolatoren enthalten Die Transceiver enthalten viele solcher Funktionen um die Gesamtgröße des Systems zu reduzieren und sie benötigen lediglich einen externen Transformator Ein moderner Transceiver integriert sogar den Transformator in das IC-Gehäuse und reduziert somit den Platzbedarf noch weiter Bild 4 zeigt beispielhaft wie der Transformator und ein Transceiver der bereits die Digitalisolatoren den Transformatortreiber und Linearregler enthält den Flächenbedarf des Systems um 40 Prozent reduzieren Entwickler sollten sich bei der Auswahl der Elektronik während des Entwickelns eines Sensors beziehungsweise eines Edge-Computing-Geräts integrierte Lösungsansätze ansehen die gewährleisten dass die Designs zum vorgegebenen Formfaktor passen Außerdem ist es wichtig dass die Komponenten erweiterte Temperaturbereiche aufweisen um in rauen Industrieumgebungen zu funktionieren Es ist nicht außergewöhnlich dass ein Entwickler dabei Komponenten ausfindig macht die für Betriebstemperaturen bis 105 °Coder sogar bis 125 °Causgelegt sind Auf die Komponenten kommt es an Aus wirtschaftlichen Gründen sind Daten häufig in der Nähe ihres Entstehens zu verarbeiten Die meisten Daten in der Industrie stammen von den zahlreichen Sensoren die sich in der Montagelinie in Gebäuden oder Aufbereitungsanlagen befinden Es ist daher natürlich dass Rechenund Kommunikationsfunktionen so weit wie möglich in das Sensorsystem integriert werden Beim Ausstatten von Sensoren mit solchen Funktionen ist die hierfür erforderliche Architektur und Elektronik komplex Das erfordert eine sorgfältige Auswahl von Komponenten die sowohl zuverlässig funktionieren als auch klein sein sollten Neue Chips für moderne Edge-Computing-Geräte ermöglichen hier einen höheren Integrationsgrad und halten hohen Temperaturen stand TS Literatur 1 https www gartner com smarterwithgartner whatedgecomputingmeansforinfrastructureandoperationsleaders 2 https technology ihs com 599357 industrialiotcasestudydukeenergyjanuary-2018 Bild 4 Ein integriertes RS-485-Modul das sowohl eine isolierte Stromversorgung als auch Digitalisolatoren enthält verkleinert die benötigte Leiterplattenfläche Bild Maxim Integrated