Современная электроника 2018 №2

Реклама

Ваша подписка на журнал «СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА» уже оплачена рекламодателем! Убедитесь сами на сайте www.soel.ru Заполнив анкету (3–5 минут), вы становитесь обладателем, наверное, лучшего журнала в области разработки и производства РЭА и РЭС С доставкой печатной версии на указанный вами адрес, а также в электронной и мобильной версиях Мобильное www.soel.ru Мобильное приложение приложение iOS Android

2/2018 CONTENTS ЖУРНАЛ sdjs6r37 THE ISSUE PERSON Журнал «Современная электроника» Издаётся с 2004 года 4 Russian Microelectronics isn’t Standing Still Главный редактор А.А. Смирнов MARKET Заместитель главного редактора Д.А. Карлов Редакционная коллегия А.Е. Балакирев, В.К. Жданкин, 6 Russian Market News С.А. Сорокин, А.Н. Туркин, Р.Х. Хакимов 10 Russian Electronics in Search of a «Conductor». Литературный редактор/корректор О.И. Семёнова Вёрстка А.М. Бабийчук It will be more difficult to enter a ready ecosystem, therefore, Обложка Д.В. Юсим as long as there is a possibility, it is necessary to create one's own Распространение И.С. Лобанова ([email protected]) Реклама И.Е. Савина ([email protected]) ROBOTICS Учредитель и издатель ООО «СТА-ПРЕСС» 16 Internet of Robotic Things Генеральный директор К.В. Седов Адрес учредителя и издателя: Andrey Antonov ул. Чертановская, д. 50, корп. 1, г. Москва, 117534 Почтовый адрес: 119313, Москва, а/я 26 MODERN TECHNOLOGIES Тел.: (495) 232-0087 • Факс: (495) 232-1653 [email protected] • www.soel.ru 22 Silicon and Gallium-Aluminum Arsenide Technology: Design Solutions in the Area of Manufacturing Производственно-практический журнал of Optical Three-Dimensional Matrix Receiving-Transmitting Выходит 9 раз в год. Тираж 10 000 экз. Цена свободная 3D M M FEF Modules. Part 7 Журнал зарегистрирован в Федеральной службе Valeriy Svede-Shvets, Vladislav Svede-Shvets, Maksim Zinoviev по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охране культурного наследия 28 Using Field-Oriented Control for Electric Drives in Vehicles (свидетельство ПИ № ФС77-18792 от 28 октября 2004 г.) Свидетельство № 00271-000 о внесении в Реестр надёжных Michael Seidl партнёров ТПП РФ 32 The Technical Side of Lighting Control: Light Scenarios Отпечатано: ООО «МЕДИАКОЛОР». in the Residential Market Segment Адрес: Москва, Сигнальный проезд, 19, бизнес-центр Вэлдан Тел./факс: (499) 903-6952 Andrey Konoplev Перепечатка материалов допускается только с письменного ELEMENTS AND COMPONENTS разрешения редакции. Ответственность за содержание рекламы несут рекламодатели. Ответственность за со- 36 Modern 32-bit ARM Microcontrollers of the STM32 держание статей несут авторы. Материалы, переданные Series: a Software Tool to Sync Configuration STM32 редакции, не рецензируются и не возвращаются. Мнение Microcontrollers редакции не обязательно совпадает с мнением авторов. Все упомянутые в публикациях журнала наименования Oleg Valpa продукции и товарные знаки являются собственностью соответствующих владельцев. 38 Current Progress at Si IGBTs in the Voltage Range up to 1200 V © СТА-ПРЕСС, 2018 Anton Mauder МОБИЛЬНОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ «СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА» 42 Modern Batteries for Power Supply. Part 1 можно скачать в Google Play в разделе «Приложения/ Бизнес» (пользователям устройств на платформе Android) Evgeny Nizhnikovsky, Andrey Grigoriev, Alexandr Podlesny и в App Store в разделе «Бизнес» (пользователям iOS). С помощью этого приложения можно бесплатно читать ENGINEERING SOLUTIONS с экрана номера наших журналов. К новым номерам журнала доступ в приложении платный. 50 Pulsed Induction Metal Detector Based on FPAA Anadigm AN231E04 ПОДПИСКА 2018 Концепция распространения журнала – Alexandr Shcherba БЕСПЛАТНАЯ ПОДПИСКА ДЛЯ СПЕЦИАЛИСТОВ. Предусмотрена подписка на печатную или электронную DESIGN AND SIMULATION версию журнала. Условие сохранения такой подписки – своевременное её продление каждый год. 58 Design of Automotive Radars and Antenna Systems in the NI AWR Design Environment ПЛАТНАЯ ПОДПИСКА С ГАРАНТИРОВАННОЙ ДОСТАВКОЙ Преимущества: Milton Lien, David Vye • гарантированная доставка журнала, тогда как при бес- 66 Polygonal Objects of the PCB in the Environment платной подписке редакция гарантирует только отправку, of Altium Designer. Polygon: Editing and Management, но не доставку журнала; Polygon Manager. Part 3 • подписка доступна любому желающему по всему миру. Aleksey Yakubenko ОФОРМЛЕНИЕ ПЛАТНОЙ ПОДПИСКИ В любом почтовом отделении России, 72 Reliability of the Voltage Converter with Parallel Redundant подписное агентство «Роспечать»: Power Channels Тел.: (495) 921-2550. Факс: (495) 785-1470 Индексы на полугодие – 46459, на год – 36280. Andrey Chetin Подписное агентство «Урал-Пресс»: 76 Verification of VHDL Descriptions of Digital Devices, Тел.: (495) 961-2362 • http://www.ural-press.ru Presented in the Form of the Composition of the Control and Operating Units. Part 1. Дальнее зарубежье: «МК-Периодика» • [email protected] Verification Based on VHDL Code Coverage Тел.: +7 (495) 672-7012 • Факс: +7 (495) 306-3757 Nikolay Avdeev, Petr Bibilo СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 PAGES OF HISTORY 84 The Pioneers of the Domestic Radar Y.K. Korovin and D.A. Rozhansky Vladimir Bartenev COMPETENT OPINION 88 Following the published… 2 WWW.SOEL.RU

СОДЕРЖАНИЕ 2/2018 РЕКЛАМОДАТЕЛИ ПЕРСОНА НОМЕРА Anadigm . . . . . . . . . . . . . . . 51 4 Российская микроэлектроника не стоит на месте AVD Systems . . . . . . . . . . . . . 8 EREMEX (Delta Design) . . . . . . . . 15 РЫНОК HARTING . . . . . . . . . . . . . . . 9 ICAPE Group . . . . . . . . . . . . . 79 6 Новости российского рынка iDS (Altium Designer) . . 4-я стр. обл., 8 LUMINEQ (powered by BENEQ). . 34-35 10 Российская электроника в поисках «дирижёра». MENTOR . . . . . . . . . . . . . . . 48 Входить в готовую экосистему будет сложнее, поэтому, MICROMETALS . . . . . . . . . . . . 56 пока есть возможность, необходимо создавать свою National Instruments . . . 2-я стр. обл. SEMILEDS. . . . . . . . . . . . . . . 49 РОБОТОТЕХНИКА XLight . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 XP Power . . . . . . . . . . . . . . . 8 16 Интернет роботизированных вещей Андрей Антонов АРБЕЛОС . . . . . . . . . . . . . . . 87 ДОЛОМАНТ. . . . . . . . . . . . . . 21 СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Родник . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Роде и Шварц . . . . . . . . . . . . 6 22 Кремниевая и арсенид-галлий-алюминиевая технология: СИММЕТРОН . . . . . . . . . . . . . 39 конструкторские решения в области изготовления оптических ЭЛВИС . . . . . . . . . . . . . . . . 9 трёхмерных матричных приёмо-передающих модулей 3D М ФЭФ М. ЭЛЕКОНД . . . . . . . . . . . . . . . 65 Часть 7 Валерий Сведе-Швец, Владислав Сведе-Швец, Максим Зиновьев 28 Использование векторного управления электродвигателями на транспорте Майкл Сайдл 32 Техническая сторона управления освещением: световые сценарии в бытовом сегменте рынка Андрей Коноплёв ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 36 Современные 32-разрядные ARM-микроконтроллеры серии STM32: программный инструмент для настройки синхронизации микроконтроллеров STM32 Олег Вальпа 38 Современные кремниевые IGBT-транзисторы для напряжений до 1200 В Антон Маудер 42 Современные аккумуляторы для питания РЭА. Часть 1 Евгений Нижниковский, Андрей Григорьев, Александр Подлесный ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 50 Импульсный индукционный металлоискатель на базе ПАИС Anadigm AN231E04 Александр Щерба ПРОЕКТИРОВАНИЕ И МОДЕЛИРОВАНИЕ 58 Проектирование автомобильных радаров и антенных систем в NI AWR Design Environment Милтон Лиен, Дэвид Вай 66 Полигональные объекты печатной платы в среде Altium Designer. Polygon: редактирование и управление, менеджер полигонов. Часть 3 Алексей Якубенко 72 Безотказность преобразователя напряжения с параллельными резервированными силовыми каналами Андрей Четин 76 Верификация VHDL-описаний цифровых устройств, представленных в виде композиции управляющего и операционного блоков. Часть 1. Верификация на основе покрытия VHDL-кода Николай Авдеев, Пётр Бибило СТРАНИЦЫ ИСТОРИИ 84 Первопроходцы отечественной радиолокации Ю.К. Коровин и Д.А. Рожанcкий Владимир Бартенев КОМПЕТЕНТНОЕ МНЕНИЕ 88 По следам опубликованного… СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 3

ПЕРСОНА НОМЕРА Российская микроэлектроника не стоит на месте В рамках первого дня работы Международного форума был в два раза меньше. Новые микро- «Микроэлектроника – 2017» в Алуште речь шла в основном схемы будут востребованы в том числе о достижениях западных компаний. В этой связи у собравшихся при выпуске паспортно-визовых доку- возникли вопросы: а чем занимаются отечественные компании? ментов следующего поколения. Также в Неужели российская микроэлектроника не может похвастаться 2018 году в России начинается реализа- успехами даже в условиях реализации политики импортозамещения? ция масштабного проекта по переходу Чтобы расставить точки над i, мы обратились к первому заместителю на общегражданские паспорта или удо- генерального директора АО «НИИМЭ», заместителю генерального стоверения личности гражданина в виде директора ПАО «Микрон» по научной работе, д.т.н., профессору карточки. Это довольно крупный рынок, кафедры интегральной электроники и микросистем МИЭТ и мы готовы на нём работать. Николаю Шелепину. Разрабатываются и более мелкие Николай Алексеевич, На каких технологических нормах микросхемы для радиочастотной иден- что представляет собой сегодня работает «Микрон»? тификации. Достаточно вспомнить современная российская наше производство транспортных биле- микроэлектроника? Передовой технологический уро- тов для московского метрополитена и вень – 65 нм. Освоенный в серийном других организаций. В некоторые пери- Прежде всего, надо сказать, что оте- производстве – 90 нм. оды «Микрон» выпускал до 30 миллио- чественная микроэлектроника не сто- нов билетов каждый месяц. И хотя сей- ит на месте. Хорошее подтверждение Сейчас у всех на слуху проект час метрополитен провёл оптимизацию, тому – цифра, озвученная в рамках «Микрона» по производству чипов перейдя на многократно перезаписывае- доклада о комплектовании космиче- для банковских карт «Мир». мые проездные карты, мы всё равно про- ской аппаратуры: уже в 2018 году 75% На какие ещё рынки выходит должаем работать на этом рынке. электронной компонентной базы для Ваша продукция? космической аппаратуры будет ком- Вы используете собственные плектоваться на основе отечественных Карты «Мир», кстати, не самый луч- производственные мощности микросхем. Достижение действительно ший рыночный продукт, поскольку «Микрона» или на аутсорсинге серьёзное – ещё пять лет назад никто он очень сильно ограничен по цене, в сотрудничаете ещё с какими-то не поверил бы, что нам удастся выйти первую очередь со стороны самих бан- ведущими компаниями- на такой показатель. ков. Понятно, что сегодня все стремят- производителями? ся работать с лучшими мировыми про- Кроме того, полагаю, в ближай- дуктами, но при этом хотят приобретать Для разработок, которые ведутся шие годы руководство страны обра- их по низким ценам, не задумываясь о НИИМЭ, мы используем только про- тит пристальное внимание на граж- таком важном аспекте, как информа- изводственные мощности «Микро- данские области, и мы должны быть ционная безопасность: те же платёж- на», хотя, по большому счёту, никто не готовы обеспечить информацион- ные карты могут напрямую взаимодей- запрещает нам использовать мощно- ную безопасность таких направле- ствовать со всей банковской системой, сти других организаций, в том числе ний, как связь, телекоммуникации, которая подвергается существенному и зарубежных foundry-компаний. Но системы управления важнейшими риску в случае их недостаточной защи- пока мы пытаемся работать и планиро- промышленными объектами – напри- щённости. вать разработки таким образом, чтобы мер, тепловыми станциями. Словом, это было именно отечественное про- работы предстоит много, и это хоро- Разумеется, реализуются и другие изводство. Кстати, «Микрон» одним из шо: микроэлектронное производство проекты. Напомню, что «Микрон» – первых аттестовал целый ряд микро- может и должно работать в круглосу- единственная компания, чьи микросхе- схем в качестве отечественных микро- точном режиме, выпускать приемле- мы соответствуют утверждённым тех- схем первого уровня, в том числе и для мые серии. ническим требованиям для паспортно- паспортно-визовых документов. визовых документов нового поколения. Да, можно сетовать на то, что у нас Мы активно работаем в этом направле- Какое место в деятельности нет таких технологий, как у самых нии, наши микросхемы закупаются для Вашего предприятия отводится передовых компаний (Intel, Samsung), загранпаспортов. реализации программы но нужно понимать, что на самом деле импортозамещения и какие подобных компаний в мире очень Также на данный момент НИИМЭ разработки в её рамках Вы готовы небольшое количество. В то же вре- завершена разработка, а «Микроном» сегодня предложить? мя в мире сотни полупроводниковых изготовлены образцы микросхем иден- компаний, и не вся микроэлектрони- тификационного документа с объёмом Что касается разработок, выполня- ка, не все микросхемы выпускаются энергонезависимой памяти данных емых непосредственно НИИМЭ, то, по суперпередовым нормам. 144 КБ. К слову, объём памяти подоб- разумеется, в некоторой степени мы ных микросхем, выпускавшихся ранее, придерживаемся программы импорто- замещения. В соответствующем разделе 4 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

ПЕРСОНА НОМЕРА программы Министерство промышлен- ности и торговли РФ обозначило, какие микросхемы должны быть разработаны и запущены на отечественном рынке, и мы совместно с «Микроном» обеспе- чиваем проектирование и изготовле- ние таких микросхем на основе наших технологий. Вообще, в сумме подобных микросхем уже несколько сотен типов и номиналов. Согласитесь, что реализация Николай Шелепин Давайте перейдём к кадровому программы импортозамещения – вопросу: на самом ли деле своего рода утопия, ведь других предприятий, полагаю, внедре- выпускники не идут на невозможно заместить всё то, ние промышленного Интернета вещей российские предприятия? что делается в мире. будет довольно актуально. Так, сегод- ня рассматриваются идеи маркиров- На мой взгляд, в последние годы ситу- Безусловно, это так, поэтому мы заме- ки радиочастотными метками круп- ация изменилась. Да, есть проблема с щаем прежде всего ту продукцию, кото- ных деталей в авиастроении, что позво- нехваткой высококвалифицирован- рую можно изготовить на основе име- лит отслеживать «срок жизни» детали ных рабочих на машиностроительных ющихся в «Микроне» технологий. Есть и исключить возможность её замены и прочих предприятиях, но микроэлек- такое понятие, как «микросхемы второ- на другие. Наши разработчики готовы тронным, мне кажется, в этом плане про- го уровня», когда микросхема спроекти- заняться созданием соответствующих ще: например, НИИМЭ сотрудничает с рована отечественным разработчиком радиочастотных меток. профильными вузами – МФТИ, МИЭТ и ему принадлежит вся документация, и другими, и лучшие студенты попада- но сама продукция изготавливается за Как Вы относитесь к технологиям, ют к нам на практику, а после получают рубежом. Таким образом тоже можно подобным полупроводниковым возможность трудоустройства. Так что отчасти решить проблемы импортоза- мини-фабрикам Minimal Fab, с научными и инженерными кадрами мещения. позволяющим организовывать в микроэлектронике проблем нет. Про- мелко- и среднесерийные блема оттока высококвалифицирован- Насколько актуально для Вашего полупроводниковые производства ных специалистов за границу существу- предприятия такое направление, с нуля? ет, но ситуация не настолько критична, как промышленный Интернет не стоит преувеличивать. вещей? Я знаю об этом проекте. Не думаю, что ему найдётся серьёзное примене- В завершение расскажите, какому С Интернетом вещей ситуация неод- ние, в том числе в России, поскольку сто- тренду Вы будете следовать нозначная: в России ввели этот тер- ить эта мини-фабрика будет немало, а в ближайшем году, какие цели мин, не разобравшись «на берегу», что анонсированный технологический уро- для себя наметили? он подразумевает. Если рассматри- вень – 0,5 мкм – для нас уже неактуален. вать Интернет вещей как идею, в рам- Я считаю, что тренд должен быть про- ках которой наши дома должны «поум- Сотрудничаете ли Вы с фондом стым: мы должны осваивать новые тех- неть» благодаря множеству микросхем, «Сколково» и есть ли какой-то нологии, развивать на их основе систе- применяемых везде, где только можно, положительный эффект от этого му проектирования, обеспечивать рос- и посредством wi-fi или каким-либо дру- сотрудничества? сийские предприятия соответствующими гим способом связывающихся в еди- правилами проектирования, чтобы мак- ную сеть, вопрос в том, что конкретно Хотя некоторые наши сотрудни- симально полно удовлетворить потребно- нужно производить для данного рын- ки являются экспертами «Сколкова», сти отрасли. Вообще, выделить конкрет- ка. Допустим, мы сейчас не производим прямого сотрудничества у нас нет. На ный тренд сложно. Допустим, у космиче- сложнейшие телекоммуникационные мой взгляд, это связано с некоторыми ской отрасли в настоящее время возник микросхемы, но можем предложить особенностями фонда «Сколково»: они запрос на микросхемы супервысокой сте- радиочастотные метки, которые акту- заинтересованы в поиске и предостав- пени интеграции, которые бы позволи- альны для развития Интернета вещей. лении площадок для реализации инно- ли хранить на борту большие массивы вационных разработок отдельным учё- информации. Это одно из направлений, Что касается промышленного Интер- ным, а микроэлектроника – сложная в котором нам, вероятно, предстоит рабо- нета вещей, предполагающего, что бес- сфера, где задействованы крупные кол- тать в обозримом будущем. проводные технологии позволят кон- лективы, ведётся работа с дорогим обо- тролировать деятельность конкретно- рудованием. го предприятия и оперативно выявлять ошибки в производственном процессе, вопрос в том, нужно ли нам это? Наше производство, которое условно назы- вается ФАБ-200, по большому счёту дополнительной автоматизации не тре- бует – оно и так контролируется ком- пьютерным управлением. Однако для СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 5

РЫНОК На правах рекламы Новости российского рынка ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ ВЕКТОРНЫЙ ГЕНЕРАТОР сколькими каналами или генерация радар- Следствием использования технологии СИГНАЛОВ SMW200A ных сигналов в двух различных частотных резонансного преобразования и синхронного диапазонах. Каждый тракт может принимать выпрямления является очень высокий КПД РАСШИРЯЕТ ВОЗМОЖНОСТИ управляющие слова (PDW) независимо че- преобразования – до 93%. При этом обеспе- РАДАРНЫХ СИГНАЛОВ рез LAN-интерфейс и выдавать сигналы на чиваются низкие эксплуатационные расхо- той же частоте или на разных частотах. Не- ды, сниженная рабочая температура, рас- Компания Роде и Шварц представила сколько каналов могут становиться фазоко- ширенный срок службы и экономия энергии. опцию интерфейса управления потоковым герентными для имитации различных углов воспроизведением радарных сигналов в ре- прихода сигнала. Двухканальная концепция Диапазон рабочих температур от –40 до альном времени. SMW200A значительно упрощает схему из- +70°C без понижения полной мощности до мерений и экономит место. +50°C. Диапазон входного напряжения от Для того чтобы справиться с требователь- 80 до 264 В переменного тока является дей- ными моделями радиолокационных сигналов Генератор SMW200A, оснащённый про- ствительно универсальным при установлен- сегодняшнего дня, требуются чрезвычайно граммной опцией SMW-K503 – интерфейсом ной полной выходной мощности до 90 В, с длительные времена воспроизведения, что- управления в реальном времени, – это уни- небольшим снижением на 20% при предель- бы имитировать реалистичную радарную об- кальное ультракомпактное решение для ге- ном входном напряжении 80 В. Полезная становку. Импульсные последовательности, нерации радарных сигналов на основе тех- мощность 250 Вт обеспечивается без при- вычисленные импульс за импульсом, пере- нологии управляющих слов (PDW). Новая нудительного вентиляторного охлаждения. даются в виде потока управляющих слов с программная опция от Rohde & Schwarz уже Модули электропитания серии GCU500 обе- описанием параметров этих импульсов в ге- доступна для заказа. спечивают один основной выходной канал нератор ВЧ-сигналов. Такой подход позволя- с номинальными напряжениями 12, 15, 18, ет сократить время на расчёт сигнала, эконо- Дополнительная информация 24, 36 и 48 В, с выходным каналом 5 В для мит память генератора сигнала. Генератор размещена по адресу www.rohde обеспечения дежурного режима работы и SMW200A способен вырабатывать до 1 млн напряжением 12 В для электропитания вен- импульсов в секунду для имитации насыщен- schwarz.com/ad/press/smw200a тилятора. Стандартными является функция ного сценария и сложной радарной обста- дистанционного управления включением/вы- новки. Пользователи могут соединить ими- КОМПАКТНЫЕ 500-ВТ AC/DC ключением и сигнал об аварийном состоя- татор радарных сценариев на основе PDW нии выходного напряжения. (сигналов-описаний) напрямую с векторным ДЛЯ МЕДИЦИНСКОГО генератором сигналов через LAN-интерфейс. Последние стандарты, устанавливающие Программная опция R&S SMW-K503 позво- И ИТ-ОБОРУДОВАНИЯ требования к электромагнитной совмести- ляет просто, быстро и недорого интегриро- мости, соответствуют как промышленным, вать генератор R&S SMW200A в качестве Компания XP Power выпустила новые ис- так и медицинским применениям, включая источника сигналов в среду имитации ра- точники питания серии GCU500 – 500-Вт строгое ограничение на уровень помех Class дарных сигналов высшего класса. AC/DC являются передовыми в своём клас- B (оборудование, которое может использо- се по техническим параметрам, включая не- ваться только в жилых помещениях, офи- Благодаря высочайшей скорости обра- большой объём 83,8×165,1×39,3 мм. сах, телекоммуникационном оборудова- ботки, до 1 млн инструкций в секунду, R&S нии) для кондуктивных помех в стандарте SMW200A позволяет тестировать приёмники Легко встраиваемые в карскасы высотой EN55011/32 и четвёртое издание медицин- радаров на очень больших частотах следо- 1U, эти прочные изделия являются идеальны- ского стандарта. вания импульсов. Помимо этого, пользовате- ми для высоконадёжных, но ограниченных по ли получают сигнал высочайшего качества бюджету промышленных применений, таких Источники питания серии GCU500 осна- благодаря высоким параметрам генератора. как средства робототехники и системы воз- щены функциями защиты от перенапряже- обновляемых источников энергии. ния основного канала, защитами от корот- С опцией второго встроенного сигнально- кого замыкания и перегрузки по току для го тракта задача постановки помехи, напри- Два плавких предохранителя, низкий ток всех выходных каналов, общей защитой от мер, от системы связи в соседнем канале, утечки, изоляция между входом и выходом перегрева. решается быстро и просто в пределах од- обеспечивают два средства защиты паци- ного прибора. Генератор SMW200A с дву- ента – 2×MOPP (Means Of Patient Protection), www.prosoft.ru мя независимыми трактами – это идеальное что делает возможным использование этих Тел.: (495) 234-0636 решение для тестирования устройств с не- преобразователей в критических медицин- ских применениях, таких как аппараты ис- кусственной вентиляции лёгких. Эти изде- лия соответствуют требованиям самого по- следнего «третьего издания» медицинского стандарта IEC 60601-1, включая управле- ние риском. Безопасность источников питания се- рии GCU500 обеспечивается на высотах 4000 м – для медицинского оборудования и 5000 м – для оборудования информаци- онных технологий. 6 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

РЫНОК На правах рекламы СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ динение которых представляет собой закон- ны все листы документа и их главные виды. ченную функциональную систему. В Altium Также редактор Draftsman теперь поддер- «РОДНИК» ОБЪЯВЛЯЕТ Designer 18 для поддержки проектирова- живает документы Embedded Board Arrays, ния таких систем и моделирования логиче- что позволяет создавать чертежи на груп- О ВЫХОДЕ НОВОЙ ВЕРСИИ ских (схема) и физических (плата) соедине- повые заготовки печатных плат. ний используется среда Multi-board Design. ALTIUM DESIGNER 18 Новый пользовательский интерфейс Улучшения ActiveRoute. Технология ав- сделан ещё более интуитивно понятным для Компания «Родник», официальный ресел- томатизированной интерактивной трасси- начинающих пользователей, также увели- лер компании Altium Ltd., сообщает россий- ровки ActiveRoute использует эффективные чена скорость работы для более продвину- ским разработчикам о выходе новой вер- алгоритмы трассировки множества цепей тых пользователей путём сокращения лиш- сии программы Altium Designer 18. или соединений, выбранных пользовате- них манипуляций. лем. В этой версии на обновлённой пане- Разработчики Altium Designer продолжа- ли PCB ActiveRoute добавлены возможно- Altium Designer 18 выглядит и ощущается ют уделять основное внимание техноло- сти подстройки длины как для одиночных совершенно по-новому – от цветовой схемы гиям, повышающим производительность проводников, так и для дифференциальных главных сред до новых панелей. пользователей. Улучшенный интерфейс пар, переназначения выводов, настраивае- унифицирует все аспекты проектирова- мые зазоры и т.д. Дистрибутив новой версии Altium Designer ния, делая его ещё более интуитивно по- 18 уже доступен для подписчиков Altium. нятным и доступным. В новую версию до- Улучшения в редакторе Draftsman. До- Пользователи, имеющие действующую бавлена долгожданная поддержка 64-раз- бавлена поддержка новых типов объектов – подписку Altium Subscription, могут загру- рядной архитектуры и многопоточное Arc (Дуга) и Region (Область). Доступна но- зить инсталлятор со страницы загрузок на исполнение кода, что позволяет инжене- вая панель Bookmarks (Закладки), благо- AltiumLive или запросить офлайн-дистри- рам создавать и выпускать большие слож- даря которой управление и навигация по бутив у специалистов компании «Родник». ные проекты намного быстрее. многостраничному документу стали значи- тельно удобнее. Полная структура докумен- Более подробную информацию Altium Designer 18 с оптимизацией бы- та отображается в этой панели в виде раз- можно узнать у специалистов стродействия и улучшенными функциями ворачивающегося дерева, в котором собра- предоставляет инженерам решение для про- отдела систем автоматизированного ектирования самых сложных печатных плат. проектирования НПП «Родник», Новые инструменты Multi-Board Assembly. а также на сайте – www.rodnik.ru. Современные электронные устройства со- стоят, как правило, из множества плат, сое- Реклама WWW.SOEL.RU 7 СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

РЫНОК На правах рекламы ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ● на следующем этапе главной целью яв- Компания AdaCore отвечает на эти требо- ВЛАДЕНИЯ САПР – ЛУЧШИЙ ляется передача сведений, необходи- вания рынка и выпускает специальный вари- мых для решения обозначенного вопро- ант комплекса GNAT Pro средств разработки НАВЫК ДЛЯ РЕШЕНИЯ са. Весь этот процесс документируется на языке Ada. КОНСТРУКТОРСКИХ ЗАДАЧ и оптимизируется под конкретные по- требности; Комплекс GNAT Pro Developer поддер- Проектирование электронных средств живает два варианта целевых платформ с требует решения широкого спектра инже- ● по необходимости, с целью наглядной архитектурой ARM: с операционной систе- нерных задач – от формализации и настрой- демонстрации предлагаемых подходов мой Embedded Linux и без ОС (bare metal). ки непосредственно маршрута проектиро- создаются примеры и пилотные проекты. вания до разработки новых образцов элек- Более подробную информацию об услу- Комплекс GNAT Pro Developer поддержи- тронных устройств. вает разработку ПО c использованием по- гах компании можно получить у специали- следней версии языка Ada 2012 – междуна- Компания АйДиЭс готова предложить стов компании АйДиЭс. родного стандарта ISO 8652:2012. Стоимость услуги квалифицированных специалистов GNAT Pro Developer значительно ниже дру- для решения инженерных задач. Профес- www.idstrade.com гих вариантов GNAT Pro в расчёте на одно- сиональный сервис предоставляет услуги Тел.: (495) 665-2069 го пользователя и включает в себя началь- консультантов, которые оценивают ключе- ную конфигурацию средств формальной ве- вые области процесса проектирования, и на ADACORE GNAT PRO рификации – доказательства корректности основе этого определяют, как наиболее эф- DEVELOPER ARM: ЯЗЫК работы ПО с помощью математических ме- фективно необходимо применить программ- ADA СТАНОВИТСЯ ДОСТУПНЕЕ тодов статического анализа. ное обеспечение Altium. ДЛЯ РАЗРАБОТЧИКОВ ПО На странице www.adacore.com/resources Специалисты АйДиЭс предлагают: ВСТРАИВАЕМЫХ СИСТЕМ можно посмотреть вебинар «Developing ● ознакомление с текущей деятельностью В индустрии встраиваемых компьютер- Embedded Systems in Ada – A C Programmers guide to safe, secure software». предприятия и определение тех областей, ных систем наблюдаются две важные но- в которых Altium Designer поможет сделать вые тенденции: www.avdsys.ru/ada процесс разработки более эффективным; 1) разработчики аппаратной части всё ча- ще применяют микропроцессоры с архитек- турой ARM; 2) разработчики ПО всё чаще рассматри- вают в качестве альтернативы языку про- граммирования C/С++ применение языка Ada с гораздо более широкими возможно- стями обнаружения ошибок в ПО. ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Диапазон входного напряжения для моде- Использование цепи внешней обратной лей ряда QHL600 от 180 до 425 В, а для ряда связи может компенсировать отклонение 600/750-ВТ DC/DC- QHL750 – от 200 до 425 В, что делает их иде- выходного напряжения в пределах 10%. альным решением для применения в сетях пе- Модули оснащены и другими сервисны- ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ В ФОРМАТЕ ременного напряжения с входным корректором ми функциями: изолированный командный мощности и применениях с высоковольтными вход дистанционного включения/выключе- «FULL BRICK» С ВЫСОКОЙ аккумуляторами, например, электромобилях. ния и сигнал состояния выходного напря- жения (DC OK). Равномерное распределе- УДЕЛЬНОЙ МОЩНОСТЬЮ Ряд QHL600 состоит из одноканальных мо- ние тока между модулями позволяет приме- Компания XP Power начала выпуск источ- делей с выходными напряжениями 12, 24 и нять их в системах с (N+1)-резервированием 48 В, тогда как в ряду QHL750 предлагаются и при параллельном включении. Надёжное ников питания новой серии QHL, которая шесть моделей с выходными напряжениями функционирование модулей обеспечивает включает 650/750-ваттные модели DC/DC- 12, 15, 24, 28, 36 и 48 В и дополнительным обширный комплекс защит – от превышения преобразователей. Эти приборы предназна- выходным каналом 10 В / 20 мА. Выходное входного напряжения, пониженного входно- чены для работы от сетей постоянного на- напряжение может подстраиваться в диапа- го напряжения, перенапряжения на выходе пряжения с номинальным значением 300 В. зоне от 60 до 110% от номинального значе- и ограничение тока нагрузки. ния внешним резистором, подключённым к Модули выполнены в стандартных кор- специальному выводу. Модули, использующие для отвода тепла ос- пусах форм-фактора «full brick» с размера- нование корпуса или радиатор, имеют широ- ми 116,8×61,0×12,7 мм. Преобразователи кий диапазон рабочих температур корпуса от характеризуются высоким значением КПД –40 до +100°C (модели ряда QHL600) и от –40 от 89 до 92% и сертифицированы для ра- до +100°C для моделей ряда QHL750. Элек- боты в телекоммуникационном и промыш- трическая прочность изоляции вход-выход со- ленном оборудовании. ставляет 3000 В (переменный ток); нестабиль- ность по напряжению ±0,2%, нестабильность по току ±0,5% при любых изменениях нагрузки. www.prosoft.ru Тел.: (495) 234-0636 8 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

РЫНОК На правах рекламы HARTING TECHNOLOGY GROUP Датчики тока играют всё более важную для отраслей автоматизации, робототехни- НА SPS IPC DRIVES: роль в диагностическом обслуживании для за- ки и транспорта. В 2015/16 финансовом го- НОВИНКИ, ПОСЛЕДНИЕ водов и систем. Новые датчики тока HARTING ду оборот компании составил 586 млн евро. серии HCME идеально справляются с данной РАЗРАБОТКИ И АНОНСЫ задачей и могут, прежде всего, применяться в Получить дополнительную информацию Компания HARTING Technology Group областях с экстремальными температурами. по продукции HARTING Technology, зака- зать опытные образцы или приобрести ин- представила на выставке SPS IPC Drives в Компания HARTING учла высокий спрос тересующие решения можно у официаль- Нюрнберге (28–30 ноября 2017 г.) новые ре- на датчики в промышленности и расширила ного дистрибьютора – компании ПРОЧИП. шения для робототехники, машиностроения линейку вычислительной платформы MICA® и промышленного Интернета вещей (IIoT). решениями с новым функционалом. В ре- www.prochip.ru зультате сотрудничества HARTING и Arrow Тел.: (495) 232-2522 Председатель правления Филипп Хартинг Electronics появились MICA Wireless Sensor сообщил о том, что 2016/17 был сильным фи- Networks (Беспроводные сенсорные сети РОССИЙСКИЕ МИКРОСХЕМЫ нансовым годом (по состоянию на 30 сентя- MICA). Эти и многие другие решения, соз- 1-ГО И 2-ГО УРОВНЯ бря). На пресс-конференции по случаю откры- данные совместно с партнёрами HARTING на РАЗРАБОТКИ НПЦ «ЭЛВИС» тия выставки SPS IPC Drives он заявил: «Мы базе вычислительной платформы MICA®, бы- достигли двузначного показателя процент- ли представлены на выставке SPS IPC Drives. Министерство промышленности и торгов- ного роста. Наблюдается развитие во всех ли РФ выдало заключение о подтвержде- регионах и на всех рынках, в особенности в «Надёжное соединение – за один «клик», – нии производства на территории Россий- сегментах машиностроения, автоматизации говорит Ральф Клейн, исполнительный ди- ской Федерации процессоров «Мультикор» и робототехники. Наша продукция и решения ректор HARTING Electronics, объясняя преи- разработки НПЦ «ЭЛВИС» и присвоении для создания высокоэффективных соедине- мущества соединителей PushPull. – В допол- статуса микросхем первого уровня процес- ний и промышленного Интернета вещей (IIoT) нение к известным соединителям PushPull сорам 1892ВМ15АФ и 1892ВМ12АТ, стату- пользуются хорошим спросом у клиентов». в прямоугольном корпусе версий V4 и V14 са микросхем второго уровня – процессо- мы представляем новые круглые соедини- рам 1892ВМ14Я и 1892ВМ10Я. На выставочном стенде компании был тели в корпусе M12. Круглые соединители представлен широкий ассортимент новых HARTING M12 изначально использовали ме- При этом процессоры 1892ВМ10Я, продуктов, использующих современные тех- ханизм резьбового запирания, но уже в те- 1892ВМ12АТ и 1892ВМ15АФ не содержат нологии для передачи данных, сигналов и пи- чение 2 лет успешно используются в транс- ни одного блока, лицензированного у сто- тания, из серий Han® (прямоугольные соеди- портном секторе в версии PushPull. Подобно ронних компаний, и являются полностью нители), PushPull (круговые соединители) и V4 и V14 соединитель M12 PushPull запира- российской разработкой. MICA® (Edge вычисления). Среди новинок бы- ется за считанные секунды. Это решающее ли представлены, например, модуль защи- преимущество для наших клиентов и фокус Система-на-кристалле 1892ВМ14Я содер- ты от перенапряжения серии Han-Modular® и нашего развивающегося рынка и техниче- жит стандартные лицензированные процес- мощные прямоугольные датчики тока. ской разработки. Машины и системы могут сорные ядра ARM Cortex-A9, изготавлива- быть перенастроены за секунды. Механизм ется по технологии 40 нм КМОП и является Han® – это серия промышленных соеди- блокировки быстр, безопасен и экономичен». российской микросхемой второго уровня. нителей. HARTING – изобретатель первого Дополнительно в составе СнК содержат- прямоугольного соединителя, сегодня явля- HARTING Technology Group – один из ся два DSP-ядра ELcore-30M, графический ется ориентиром в развитии технологий для ведущих мировых поставщиков промыш- процессор Mali-300, кодек H.264, навига- многих отраслей промышленности. Разра- ленных соединителей для трёх категорий: ционный коррелятор ГЛОНАСС/GPS/Beidou ботка и продвижение продуктов Han® явля- Данные, Сигнал и Питание. У компании 13 и большое количество встроенных портов ется одной из ключевых бизнес-стратегий. заводов и подразделения в 43 странах. Ком- ввода/вывода. Процессор имеет типовое Разъёмы Han-Modular® призваны стать ос- пания производит индивидуальные системы энергопотребление от сотен мВт до 3 Вт. новой для построения «Integrated Industry». контроля, электромагнитные приводы для автомобильного и промышленного примене- Микросхема 1892ВМ15АФ также являет- Ассортимент Han® не только предлагает ния серийных устройств, зарядные устрой- ся системой-на-кристалле, включающей CPU новые продукты, но также и новые услуги. ства и кабели для электромобилей, а так- MIPS 32-совместимое ядро, два DSP-ядра Новый Конфигуратор Han® доступен в элек- же аппаратное и программное обеспечение ELcore-30M, аппаратные ускорители БПФ и тронном каталоге HARTING Technology Group сжатия JPEG. Микросхема разработана на базе начиная с декабря этого года. Данный ин- собственной радиационно-стойкой библиотеки струментарий позволяет клиентам быстро MK180RT и СФ-блоков платформы «МУЛЬТИ- и легко найти оптимальный интерфейс, со- КОР». Процессор предназначен для примене- ответствующий их требованиям. Конфигура- ния в радиоэлектронной аппаратуре космиче- тор позволяет подобрать полный комплект ских аппаратов. Микросхема изготавливается соединителей Han®, а также предлагает по- в Зеленограде по технологии КМОП с тополо- иск альтернативных решений из ассортимен- гическими размерами элементов 180 нм. та HARTING. www.multicore.ru СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 9

РЫНОК Российская электроника в поисках «дирижёра» Входить в готовую экосистему будет сложнее, поэтому, пока есть возможность, необходимо создавать свою Хотя понятие «экосистема» появилось относительно недавно, уже бо′льшую часть прибыли, доступной в очевидно: в глобальной цифровой экономике будущего лидерство экосистеме. Остальные же её участники завоюет тот, кто первым создаст для неё новую эффективную будут вынуждены вести бизнес в высо- экосистему. Шансы в настоящее время равны – практически любая коконкурентной среде, что, в свою оче- заинтересованная страна может попробовать вырваться вперёд редь, сделает экосистему менее привле- и занять новую довольно перспективную нишу. Учитывая это, Россия кательной для новых игроков. С другой могла бы попытаться если не совершить рывок, то, как минимум, стороны, все специалисты в сфере IT, сделать шаг вперёд в данном направлении. Другой вопрос – под силу уверен спикер, понимают, что экоси- ли отечественной электронике обеспечить взрывной рост производства стемы играют решающую роль в раз- современных устройств и оборудования? Мнения участников витии и формировании технологиче- конференции «Российская электроника. Поиск новых точек роста», ских рынков, от этого тренда никуда состоявшейся в Москве 28 июня 2017 года, на этот счёт разделились. не деться. РАССТАВИЛИ ТОЧКИ НАД . На данный момент в российском «Экосистема, как правило, состоит из поле экосистем нет, хотя многие ком- двух частей – аппаратной и программ- I пании стремятся к этому. Кому удаст- ной, каждая из которых включает раз- ся стать лидером – пока неизвестно, ные уровни: например, уровень дизай- Вообще, понятие экосистемы в рос- но, по мнению эксперта, из россий- на микросхем, уровень процессорных ских компаний создать экосистему по технологий, уровень технологическо- сийский обиход ввёл глава Сбербанка силам Яндексу, Сбербанку и Mail.ru. Есть го производства полупроводников, уро- ли подобные игроки в электронике и вень интегрированных вычислитель- Герман Греф. Он же, выступая в кон- какие существующие проекты могли бы ных устройств – таких как ПК, серверы стать драйвером цифровой трансфор- и мобильные телефоны. Чем большее це июня с лекцией в Ельцин Центре, мации экономики – эти и другие вопро- количество уровней покрывает ком- сы представители профессионального пания, тем бо′льшую долю прибыли в назвал зарождение экономики экоси- сообщества обсудили на тематической соответствующей экосистеме она кон- конференции. тролирует», – пояснил эксперт. стем одним из главных технологиче- Точки над i попытался расставить Примеров тому много: можно взять ских трендов, в основе которого лежит генеральный директор, основатель компанию Intel, которая является инте- компании и председатель правления грированным производителем полу- принцип удовлетворения широкого «Т-платформы» Всеволод Опанасенко: проводниковых устройств, консоли- дирует несколько уровней и хорошо спектра потребностей клиентов через «Всё-таки у нас другая отрасль. Радио- себя чувствует на рынке, или компа- электроника и микроэлектроника явля- нию Apple, также покрывающую боль- единое окно взаимодействия. ются лишь составной частью какой- шой спектр уровней в своей собствен- либо услуги. Тот же Сбербанк, в отли- ной экосистеме и достаточно успеш- «Человек не хочет тонуть в огром- чие от нас, работает с конечным потре- ную на рынке. бителем, и, можно сказать, наш сегмент ном количестве приложений и готов необходим Сбербанку, Яндексу и Mail.ru «Если говорить применительно к для предоставления этой услуги». нашей теме в контексте существова- делегировать эту функцию како- ния экосистем, важно отметить, что Генеральный директор компании одним из главных интерфейсов, в му-нибудь доверенному помощни- «Синтакор» Александр Редькин заме- значительной степени определяю- тил: порог входа в сформировавшие- щих векторы развития и дальнейшую ку. Этот помощник и есть центр эко- ся экосистемы достаточно высок и, если жизнь экосистем, является уровень экосистема уже сложилась, продвигать команд процессора, используемого системы – её так называемый «дири- на рынке аналогичные либо замещаю- в экосистеме, – прокомментировал щие продукты будет сложно, в том чис- Александр Редькин. – Возможно, это жёр». Обычно это сильная компания со ле по экономическим причинам. Кро- не всегда лежит на поверхности, но ме того, экосистемы формируются профессионалы знают: по сути, сей- своей технологической платформой. вокруг компаний, обладающих неким час существуют всего две процессор- ключевым преимуществом, например ные технологи, которые определяют На мой взгляд, центр экосистемы дол- какой-то технологией. Они и собирают дальнейшую жизнь и вектор разви- тия для больших областей. Так, эко- жен быть настолько удобным, чтобы систему персональных компьюте- им пользовались тысячи партнёров, не имеющих к центральной компа- нии никакого отношения – им про- сто так выгоднее», – подчеркнул гла- ва Сбербанка. Всеволод Опанасенко 10 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

РЫНОК ров и в значительной степени эко- КООПЕРАЦИЯ НЕИЗБЕЖНА Александр Редькин систему дата-центра контролирует и определяет набор команд, принадле- Создание экосистемы – не самая про- модействии: возможно, тогда удастся жащий компании Intel; она же зани- стая задача, и не только потому, что определить общие правила игры, най- мается его развитием. А то, как будет для привлечения партнёров потребу- ти устраивающую обе стороны бизнес- развиваться экосистема мобильных ется время. Начинать, считает руково- модель, выработать схему сотрудниче- устройств, определяет компания дитель направления разработки и про- ства. Словом, нужна внутренняя коопе- ARM. Этот аспект очень важен: выхо- изводства компании «Эвотор» Сергей рация, тогда в несколько раз сократится дит, все возможности, которыми мож- Зорин, нужно с другого – с создания количество вопросов по документообо- но наделить аппаратную часть экоси- базы экосистемы. роту, обеспечению контроля качества, стемы, находятся в руках двух ком- форматам поставки комплектующих и паний, которые и диктуют правила «Во всём мире такой базой являет- готовой продукции. игры для всех остальных. Между тем ся контрактное производство. Дело по совокупности объективных фак- в том, что новым компаниям, старта- Первый шаг к этому сделан: торов в течение существенного вре- пам, либо небольшим стартапам вну- «Мы организовали комитет по кон- мени наблюдается снижение роста три существующих компаний дол- трактному производству в рамках Ассо- производительности вычислитель- го и дорого строить своё производ- циации разработчиков и производите- ных систем. Все знают, что некото- ство. Выход – прийти к контрактнику, лей электроники и предлагаем органи- рое время назад увеличение частоты который обладает всеми необходимы- зовать обмен лучшими практиками в процессоров остановилось на уров- ми технологиями, добавить своё ноу- данной области, чтобы и заказчики, и не порядка 4 ГГц, с тех пор компании хау и сделать уникальный продукт. Так контрактные производители могли раз- находятся в поиске других источни- поступают многие – в мире контракт- виваться, выходить на новый уровень, ков роста, но и они не приносят ожи- ное производство занимает существен- привлекать иностранных партнёров, – даемого результата. Допустим, поя- ную долю рынка, на него приходится говорит Сергей Зорин. – С 2002 года я вившийся тренд на многоядерность около 30–40%, а в России всего около работаю в контрактном производстве, связан с колоссальными затратами 12% – кстати, на рост этого показателя и, на мой взгляд, это та самая экосисте- на переписывание огромных объё- оказало влияние развитие технологий ма, инфраструктура бизнеса, которая мов программного обеспечения. Это в сегменте кассовой техники. позволит вырастить серьёзные верти- вынуждает индустрию, привыкшую к кальные проекты». бесконечному линейному росту про- Однако в целом в сфере контракт- Ещё одна важная, по его мнению, про- изводительности и высокому спро- ного производства в нашей стране всё блема связана с тем, что нередко разра- су, искать дополнительные способы не так гладко: сервис, знания и компе- ботчики интересных и действительно получения требуемой продуктивно- тенции контрактников на очень низ- перспективных стартапов, связанных сти. Следовательно, алгоритмы раз- ком уровне, да и цепочки поставок с «железом» и софтом, не находят под- виваются, их сложность растёт». довольно слабые. Чтобы реализовать держки в своей стране и, не имея плат- задуманное, заказчику нередко при- формы для реализации проекта, вынуж- По мнению докладчика, одним из ходится инвестировать в проект боль- дены переносить его, а иногда и переез- возможных векторов дальнейшего ше средств, чем планировалось изна- жать всем научно-техническим составом развития может стать открытие интер- чально: уже в процессе выясняется, что в Сингапур или Китай. В результате Рос- фейса, который бы определял свой- необходимо произвести соответству- сия теряет потенциально перспектив- ства аппаратной части экосистемы ющую настройку процессов у испол- ные проекты и ценные кадры. для всего программного обеспечения нителя работ, подтянуть его компетен- в ней. Такую работу уже ведёт создан- ции – в результате замедляется выпуск Сергей Зорин ный несколько лет назад консорциум, продукта. О каком взлёте в этой связи который быстрыми темпами развива- можно вести речь? Когда же к контрак- ет экосистему открытой архитектуры тнику приходит западный заказчик, (ISA) RISC-V. работа проходит совсем по другим пра- вилам: проводится аудит, выясняется, «RISC-V – это открытый и свобод- какие процессы можно настроить, про- ный стандарт на набор команд про- исходит интеграция IT-систем. Пому- цессора. Система команд достаточно чавшись некоторое время, иностран- удачна в техническом плане, а основ- ный клиент просто уходит из этой исто- ной отличительной чертой является рии, не размещая заказ, – он понимает, то, что это открытый консорциум по что ему проще импортировать какой-то типу PCI-SIG и USB-IF и любая компа- продукт или даже открыть собственное ния, следуя простому набору правил, производство. В самом крайнем случае, может создавать совместимые про- если у него нет выбора и продукт дол- цессоры. Можно сказать, речь идёт о жен быть изготовлен именно в России, бесплатной архитектурной лицензии. ему придётся тратить время на разви- Интерес к этому проекту очень боль- тие компетенций контрактника». шой – за два года к данному консорци- уму присоединились более 60 компа- В один миг разорвать замкнутый круг ний, в том числе ведущие игроки рын- не получится, но оставлять всё как есть ка», – уточнил спикер. точно не стоит. Спикер считает, что компаниям-заказчикам и контрак- тникам стоило бы задуматься о взаи- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 11

РЫНОК Ярослав Петричкович робототехнику, дополненную реаль- ко обозначили три основных мировых ность и новые игры. Трансформация тренда: развитие автоэлектроники, гад- В РОССИИ НУЖНЫ коснётся многих сфер, в том числе воо- жетов и Интернета вещей. Действитель- «ЕДИНОРОГИ» ружения: вполне вероятно, что через но, в масштабе мира машины становят- некоторое время технологии, заложен- ся более умными, но если посмотреть на «Коллеги, заметьте, мы постоянно что- ные в ADAS (advanced driver assistance Россию, мне кажется, нам ничего в этом то ищем: то дно экономики, то возмож- systems – система помощи водителю), направлении не светит. Конечно, можно ные точки роста, а в это время у нас на будут использоваться в танках, само- попробовать догнать глобальных игро- глазах вырастает гигантский технологи- лётах и мы увидим бомбардировщик ков, но шансы, откровенно говоря, нуле- ческий баобаб, который пока состоит из Apple или крейсер Google. вые. Чтобы заниматься гаджетами, нужно трёх ветвей: Интернета вещей, компью- зарекомендовать себя на мировом интел- терного зрения, искусственного интел- Словом, если так пойдёт и дальше, в лектуальном коммуникационном рын- лекта – и это неслучайно, – заявил гене- течение пяти лет будут созданы даже не ке, что довольно непросто: сегодня здесь ральный директор АО НПЦ «ЭЛВИС» сотни миллиардов, а триллионы новых преимущество у компаний из Юго-Вос- Ярослав Петричкович. – Интернет сущностей, в том числе в микроэлектро- точной Азии, и, учитывая стоящие перед вещей дан нам для того, чтобы собрать нике. Поэтому, считает спикер, нужно нами барьеры, вряд ли стоит серьёзно на абсолютно всю информацию, которая не беспокоиться о поиске точек роста, что-то рассчитывать. Остаётся последнее сейчас является своеобразным «топли- а задуматься, как эффективно использо- направление – Интернет вещей: совре- вом» цивилизации: мы хотим не просто вать этот «баобаб». В противном случае и менная электроника позволяет сделать всё знать, а разбираться в самых незна- через несколько лет мы будем у его под- «умной» практически любую вещь, и чительных деталях. Вся эта информа- ножия по-прежнему искать точки роста. вещи, которые раньше были объектами, ция должна куда-то поступать, чтобы теперь становятся субъектами, живущи- была возможность ею управлять, а для По мнению Ярослава Петричковича, ми своей жизнью. Это будущее, которое того чтобы управлять, необходим искус- не последнюю роль в данной ситуации прямо сейчас становится реальностью, и ственный интеллект: никакие современ- играет взаимодействие с регуляторами мы можем в нём поучаствовать». ные системы с этим уже не справляются. и институтами развития: Что касается компьютерного зрения, это К слову, по оценкам аналитиков, уже самый мощный датчик, который сейчас «Мы сотрудничаем с институтами к 2020 году произойдёт взрывной рост есть у человечества. При этом, говоря развития: например, у нас есть проект количества устройств, подключённых к про интернет, связь и гаджеты, мы упу- с РОСНАНО, также активно работаем с Интернету вещей. Понятно, что данный скаем из виду важный нюанс: 90% интер- Минпромторгом, сейчас и другие регуля- тренд не обойдёт стороной и Россию, нет-контента – это изображения и роли- торы подключаются. На мой взгляд, это и это как раз тот сегмент, где есть мно- ки, которые мы сами создаём с помощью иллюзия, что можно совершить большой го возможностей для инноваций. При гаджетов. В наших гаджетах все вычис- скачок в электронике путём реализации этом необязательно иметь за плечами лительные ресурсы сегодня используют- маленьких стартапов с мелкими инве- большой опыт и быть крупной компа- ся не для связи, а для обработки, кодиро- стициями. При этом сделать большой нией, шансы есть даже у новичков. вания и передачи изображений». проект с объёмом инвестиций в 100– 200 млн долларов без помощи государ- «Важно, чтобы государство не мешало Эксперт заметил, что технологии ства не получится, поскольку частный этому процессу, а помогло, например искусственного интеллекта и компью- бизнес пока на это не идёт – вероятно, путём решения вопросов по таможен- терного зрения проецируются на раз- ещё и потому, что в стране нет примеров ным ограничениям и налогам на зар- ные области: системы автовождения и успешной реализации такого рода про- плату. В таком случае Россия станет ектов. Поэтому, считаю, нам следовало активным участником процесса разви- Александр Шептовецкий бы задуматься об использовании моде- тия Интернета вещей и сможет занять ли «единорога», то есть молодой компа- своё место на мировом рынке электро- нии с капитализацией более 1 млрд дол- ники, тем более Интернет вещей при- ларов, которая создала бы конкурентную меним не только для автоматизации среду для других компаний, в результате производственных процессов, но и в чего им пришлось бы бороться за лидер- повседневной жизни: любой датчик и ство. Да, выживут не все, но те, кому это предмет можно даже минимально осна- удастся, станут новым «Самсунгом». стить «мозгами», – заявил эксперт. Председатель совета директоров ком- Руководитель направления «Умный пании «Альтоника Радиосистемы» Алек- автомобиль» НПО «СтарЛайн» Борис сандр Шептовецкий поддержал данную Иванов не согласился с коллегой – он позицию: уверен, что автомобильную электро- нику России рано списывать со счетов: «Перед нами амбициозная задача: к 2035 году увеличить долю российской «Опыт нашей компании говорит об электроники на мировом рынке с 0,3 до обратном. Мы на рынке уже 29 лет и 3%. На мой взгляд, это что-то из области в какой-то момент сконцентрирова- фантастики, хотя шансы и, самое глав- лись на простом, понятном и нужном ное, возможности достигнуть цели у людям рынке автобезопасности. Благо- нас есть – правда, придётся перепрыг- даря усилиям нашей компании и уси- нуть через собственную голову. Я был лиям конкурентов на отечественном на последнем собрании Ассоциации рынке автобезопасности практиче- дистрибьюторов компонентов, где чёт- 12 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

РЫНОК ски не осталось зарубежных игроков. рёмся, скооперируемся и будем делать Борис Иванов В настоящее время мы можем полно- своё дело хорошо, добьёмся результа- стью обеспечить безопасность автомо- тов – потенциал у нас есть», – подчер- ная медицина), Energynet (интеллек- биля на стоянке при помощи современ- кнул докладчик. туальная энергетика, интернет энер- ных охранно-телематических комплек- гии как новый принцип дистрибуции сов, у нас есть свой центр обработки Выслушав коллег, Всеволод Опана- энергии), Autonet (беспилотный транс- данных, и сегодня к нашим сервер- сенко заметил: порт), Neuronet (новые способы комму- ным мощностям подключены поряд- никации), Foodnet (персональное пита- ка 500 тысяч автомобилей». «Выступающие говорили правильные ние); в разработке также находится ряд вещи, но не подвели сказанное к про- других рыночных направлений. На этом, уверен спикер, возможности стому знаменателю: мир давно изме- развития автомобильной электроники нился – если кому-то раньше нужны «По каждому из них сформированы не исчерпаны: были процессоры, компьютеры, видео- рабочие группы, к их работе подклю- камеры, то сейчас это никому не нужно, чились сотни бизнесменов, понимаю- «Мы видим потенциал роста в сфе- всем нужна услуга, и всё, что мы с вами щих глобальные перспективы разви- ре безопасности движения. Понятно, производим и делаем, является состав- тия этих рынков. Государство готово что появление умных автомобилей – ной частью этой услуги. Есть букваль- поддержать этих бизнесменов, сфор- большой шаг на пути к беспилотным но десяток или полтора десятка компа- мированы соответствующие инстру- моделям, но на этом промежуточном ний в мире, например Apple, Samsung, менты, – сообщил докладчик. – Если этапе необходимо создать системы которые могут предоставить верти- говорить про конкретные финансовые помощи водителю. Тем более, по ста- кально интегрированную услугу, пото- инструменты, то сегодня работает Фонд тистике, ежегодно в России происхо- му что это очень дорого. Все остальные содействия инновациям, оказывающий дит порядка 170 тысяч аварий. По ито- услуги – результат кооперации компа- поддержку малым формам предприятий гам 2016 года, по данным ГИБДД, в них ний, что в России пока движется плохо. в научно-технической сфере; фонд НТИ погибли более 20 тысяч человек. Систе- Если мы не научимся кооперировать- занимается адресной поддержкой ком- мы помощи водителю позволяют избе- ся и дополнять друг друга своими силь- паний и проектов, соответствующих жать порядка 59% аварий, и это очень ными компетенциями, не нужно будет перспективным рыночным направле- серьёзный показатель. Кроме того, искать никакие точки роста – они про- ниям; настраивается инструмент «Внеш- в настоящий момент объём россий- сто не понадобятся». экономбанка» по предоставлению зай- ского рынка автомобилей превышает мового финансирования с минималь- отметку в 40 млн и, по нашим оценкам, СОЗДАВАТЬ БУДУЩЕЕ СЕГОДНЯ ной процентной ставкой на масштаби- порядка 37,5 млн автомобилей стоило рование бизнеса. Кроме того, ведётся бы оснастить системами ADAS. Мы при- А вот заместитель директора направ- большая работа нефинансового харак- зываем к кооперации другие заинтере- ления «Молодые профессионалы» тера, связанная с поддержкой консал- сованные компании. Сегодня на этом Агентства стратегических инициа- тингового развития этих компаний. рынке четыре ключевых игрока: авто- тив Евгений Ковнир убеждён: точки Планы по обозначенным рыночным производители (они, к слову, идут с роста электроники во многом зависят направлениям одобрены на самом высо- нами на контакт, готовы коопериро- от точек роста глобальной экономики, ком уровне, они уже стали частью госу- ваться и работать вместе); производи- и найти их несложно: достаточно про- дарственной политики. Немаловажно, тели электронной компонентной базы анализировать мировые тренды. что открываются новые возможности (мы, к сожалению, как производитель для развития радиоэлектроники: каж- конечных устройств, мало о них зна- «Мы живём в интересное время, ког- ем); производители самих устройств да прежние правила больше не работа- Евгений Ковнир и IT-компании, потенциал которых, ют, стремительно развиваются новые без преувеличения, огромен. Поэтому рынки и отрасли. Если раньше сред- я бы хотел призвать отечественные ний срок жизни компании составлял IT-компании поучаствовать в нашем 70 лет, сегодня он снизился до 15 лет. проекте – место найдётся для всех». Значительное количество крупных компаний за последнее время исчез- Выходит, перспективы у данного ло, им на смену приходят новые игро- рынка есть, но удастся ли конкуриро- ки, которые становятся лидерами на вать с глобальными игроками, напри- новых рынках, причём это касается не мер теми, кто тратит огромные средства только сферы коммуникаций – анало- на создание беспилотных автомобилей? гичные изменения произойдут практи- чески во всех классических отраслях, «Потенциал российских разработчи- сформировавшихся в 20 веке. В рамках ков, в частности разработчиков алго- Национальной технологической ини- ритмов, очень высок, «железо» мы сде- циативы мы анализируем новые рын- лаем, да и электронную компонентную ки, пытаясь выделить из них приори- базу поднимем – не вижу здесь ника- тетные», – уточнил эксперт. ких проблем. При этом считаю, что важно наше видение ситуации и под- К таким рынкам отнесены Aeronet ход, которого будем придерживаться. (беспилотные летательные аппараты Если мы решим, что в автомобильной и сервисы на их основе), Marinet (всё, сфере нам ничего не светит, и опустим что связано c морским беспилотным руки, то ничего и не будет. Если же собе- судовождением и ресурсами миро- вого океана), Healthnet (персональ- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 13

РЫНОК дое из этих рыночных направлений тре- тия и вызывает большой интерес круп- тельства молодёжи. Уже реализуется бует определённых программно-аппа- ных компаний во всём мире. В нашей проект «Кваториум» – по стране созда- ратных решений: в данном случае про- стране есть ряд структур, обладающих ются детские технопарки, направления граммно-аппаратные и электронные компетенциями в этой области, и мы деятельности которых совпадают с при- компоненты применяются в беспилот- нацелены на то, чтобы объединять эти оритетными направлениями НТИ: там ных летательных аппаратах, персональ- компетенции на площадке научно-тех- дети решают интересные прикладные ной медицине, носимой электронике и нологической рабочей группы, в зада- задачи, приобретая в ходе этой рабо- многом другом. Те, кому было бы инте- чи которой будет входить проведение ты новые знания и умения. Кроме того, ресно двигаться в этом направлении, научной экспертизы, профессиональ- второй год при нашей поддержке про- имеют возможность коммуницировать ного обсуждения развития кванто- ходит всероссийская Олимпиада НТИ, с руководителями соответствующих вых технологий на глобальном уров- в рамках которой команды участников групп, анализировать реальный спрос на не, выработка совместных проектов и соревнуются в решении нерешаемых определённые типы радиоэлектронных преодоление имеющихся технологи- задач, например касательно настрой- устройств и дальше вместе с коллегами ческих барьеров. Таким образом, пола- ки нейросетей. Таким образом стар- отрабатывать этот запрос. Уже сегодня гаю, нам удастся выйти на прикладные шеклассники могут получить допол- за каждой из этих групп стоят реальные решения, с помощью которых можно нительные баллы к ЕГЭ и в последние бизнесмены, с которыми можно и нуж- будет выстраивать какие-то экономи- годы обучения в школе не тратить вре- но вступать в коммуникацию». ческие сущности. Кстати, уже сейчас мя на заучивание, а продолжать зани- существует подобная группа, в неё вхо- маться технологическим творчеством. Спикер привёл в пример рынок дит ряд авторитетных специалистов из Сейчас на финальной стадии готовно- Autonet: события последнего года под- различных структур: Российского кван- сти находится дорожная карта «Круж- тверждают интерес к данному направ- тового центра, Сколковского институ- ковое движение», в которой объедине- лению – сюда направлены большие та науки и технологий, Российской ака- ны практические активности лидеров инвестиции. Так, 19 июня 2017 года ста- демии наук. Коллеги сформулировали дополнительного образования, вклю- ло известно, что производитель авто- ряд идей и предложений по разработке чая кружки робототехники, програм- компонентов Bosch GmbH намерен технологических направлений от крип- мирования и многие другие». инвестировать 1 млрд евро в строитель- тографии до скоростной оптической ство завода в Дрездене, где будут выпу- связи с использованием квантовых тех- Также участники дискуссии замети- скаться микрочипы для самоуправля- нологий. Также ведутся переговоры с ли, что школьные уроки технологии, на емых автомобилей. Согласно прогно- Санкт-Петербургским национальным которых до сих пор занимаются сбором зу PwC, мировой рынок микрочипов исследовательским университетом табуреток и кройкой-шитьём, потеря- будет расти среднегодовыми темпами информационных технологий, меха- ли свою актуальность: нынешним детям в 5% до 2019 года, при этом в автомо- ники и оптики, Московским физи- придётся жить в другом цифровом про- бильном сегменте и в сфере Интерне- ко-техническим институтом, Москов- странстве, соответственно, нужно делать та вещей рост будет особенно быстрым. ским государственным университе- акцент на абсолютно других навыках. В то же время компания GlobalFoundries том им. М.В. Ломоносова. Кроме того, Евгений Ковнир заверил, что эта тема намерена построить фабрику полупро- мы хотели бы пригласить присоеди- также сейчас находится в проработке. водников в Китае за 10 млрд долларов. ниться к этой работе коллег из отрас- Более того – разрабатывается механизм Начиная со следующего года совмест- ли электроники: они смогут понять, как популяризации технологического твор- ное предприятие GlobalFoundries и будет развиваться электроника будуще- чества и технологического предпри- властей китайской провинции Чэнду го, какие решения для неё потребуют- нимательства, поскольку выбор боль- сможет производить микрочипы на ся, ведь над ними необходимо начинать шинства абитуриентов который год 300 мм подложке по стандартной тех- работу уже сегодня». неизменен: они хотят быть юристами, нологии, а в 2019-м перейдёт на дру- менеджерами, но никак не технологи- гой техпроцесс – FD-SOI, что особенно НА ПОРОГЕ ДЕФИЦИТА КАДРОВ ческими специалистами, хотя на вол- актуально для производства дешёвых не технологического прогресса в бли- чипов для смартфонов, автомоби- В кулуарах конференции звучали жайшем будущем не исключён дефи- лей и Интернета вещей. Кстати, вес- разные мнения относительно услы- цит кадров, которые могли бы составить ной 2017-го дефицит чипов привёл к шанного. Некоторые участники отме- достойную конкуренцию иностранным росту цен на компьютеры, смартфоны чали, что, обсуждая глобальные тренды коллегам. В этой связи, уверены участ- и планшеты. За последние шесть меся- и задачи на будущее, не стоит забывать ники дискуссии, нужно фокусировать цев стоимость чипов NAND и DRAM о текущих проблемах отрасли, напри- внимание не столько на подготовке тех- выросла на 27 и 80% соответственно. мер о недостатке квалифицированных нических кадров, которые могут выпол- Примеры аналогичных кейсов можно кадров. Для того чтобы совершать про- нять рутинные операции, сколько на привести и по другим рынкам, заявлен- рывы, нужны соответствующие специ- тех ребятах, которые могут справить- ным в качестве перспективных. алисты, а значит начинать их подготов- ся с какими-то неопределённостями, ку необходимо с юного возраста. вызовами. Взращивать таланты непро- Особое внимание эксперт уделил раз- сто, но представители отраслевых ком- витию квантовых технологий: «Ситуация с кадрами действительно паний выразили готовность присоеди- непростая, – признал Евгений Ковнир. – ниться к этой работе. «Квантовые технологии уже не сказ- Мы занимаемся решением этого вопро- ки, это реальность. Квантовые процес- са в рамках НТИ, в том числе нацелены Материал подготовила соры, квантовые способы передачи на развитие технологического творче- Елена Восканян информации и квантовая телепорта- ства и технологического предпринима- ция – всё это в активной стадии разви- 14 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018



РОБОТОТЕХНИКА Специальный проект журнала «Современная электроника» и сайта robotosha.ru Р О Б О Т ОША Интернет роботизированных вещей Андрей Антонов ([email protected]) мощные вычислительные ресурсы, хра- нилища и коммуникационные ресур- В статье представлена концепция Интернета роботизированных вещей сы современных центров обработки (Internet of Robotic Things, IoRT), которая расширяет и объединяет данных. При этом снижаются издерж- концепции Интернета вещей (IoT) и облачной робототехники (Cloud ки на обслуживание и обновление про- Robotics), а также рассмотрены архитектура, лежащая в основе данной граммного обеспечения. Выполнение технологической парадигмы, и те преимущества, которые предоставляет подобных задач непосредственно IoRT. на устройстве, т.е. вне облака, может неблагоприятно сказываться на энерго- ОТ ИНТЕРНЕТА ВЕЩЕЙ нет вещей» скрывает в себе не новую потреблении и мобильности роботов. К ИНТЕРНЕТУ концепцию, а, скорее, новую модель В то же время использование облачных бизнес-процессов, объединяющую в технологий повышает эксплуатацион- РОБОТИЗИРОВАННЫХ ВЕЩЕЙ себе различные технологии и средства ные расходы на обеспечение высоко- Впервые идея Интернета вещей была коммуникации. Большинство техноло- скоростного обмена данными. гий, используемых Интернетом вещей высказана Марком Вейзером на стра- для идентификации устройств и созда- Объединяя понятия Интернета вещей ницах журнала Scientific American ещё ния распределённых систем, известны и облачной робототехники, можно сфор- в сентябре 1991 года [1]. Под «веща- довольно давно, однако IoT выводит эти мулировать определение для Интернета ми» в данном случае понимаются все- технологии на качественно новый уро- роботизированных вещей следующим возможные уникально идентифици- вень, соответствующий растущим соци- образом. Интернет роботизированных риуемые встраиваемые электронные альным, технологическим, политиче- вещей – это глобальная инфраструкту- устройства. Словосочетание «Интернет ским и экономическим потребностям ра информационного общества, предо- вещей» было введено в обиход Кевином современного общества. ставляющая передовые роботизирован- Эштоном, работавшим на тот момент ные сервисы посредством сетевого объ- в компании Procter&Gamble, уже поз- Под Интернетом вещей мы будем единения роботизированных систем с же, в 1999 году. Интернет вещей объ- подразумевать глобальную инфра- помощью существующих и развиваю- единяет людей, процессы, устройства структуру информационного обще- щихся интероперабельных информаци- и технологии с датчиками и исполни- ства, которая обеспечивает возмож- онных и коммуникационных техноло- тельными устройствами (актуаторами). ность предоставления более сложных гий. В рамках концепции IoRT интеллек- Интеграция IoT с человеком для комму- услуг путём объединения физических туальные устройства могут отслеживать никации, совместной работы и получе- и виртуальных «вещей» на основе суще- события, объединять данные датчиков, ния технической информации позво- ствующих и развивающихся информа- полученные из различных источников, ляет устройствам принимать решения ционно-коммуникационных техноло- использовать возможности локально- в режиме реального времени. Основой гий [2]. го и распределённого искусственного концепции Интернета вещей является интеллекта для определения оптималь- повсеместное внедрение в среду, окру- Интернет роботизированных вещей ной стратегии решения той или иной жающую человека, множества «умных» представляет собой новую концепцию, задачи и управлять объектами физиче- объектов, оснащённых радиометка- объединяющую Интернет вещей и ского мира. ми, датчиками, актуаторами, интел- робототехнику, в частности облач- лектуальными устройствами, которые ную робототехнику. Таким образом, Интернет роботизированных вещей используют уникальные схемы адреса- IoRT можно рассматривать как разви- основывается на парадигме облачной ции, защищённые каналы связи и стан- тие понятия облачной робототехники. робототехники, используя все её пре- дартизованные протоколы для комму- имущества и возможности Интернета никации между разнородными устрой- Облачная робототехника представля- вещей, что обеспечивает большую гиб- ствами с целью решения конкретных ет собой новую область робототехни- кость при проектировании и внедре- задач. ки, основой которой являются облач- нии новых приложений для сетевой ные вычисления, облачные хранили- робототехники с применением рас- В литературе можно найти множе- ща данных и другие существующие пределённых вычислений. Несмотря ство определений для термина «Интер- интернет-технологии, использующие на то что IoRT позволяет использовать нет вещей». Причина различий в вос- облачную инфраструктуру и серви- возможности облачной робототехни- приятии этого понятия, а также суще- сы [3]. Облачные технологии позволяют ки и Интернета вещей, данная техноло- ствования множества определений для роботам для решения задач, не требу- гия имеет некоторые принципиальные IoT заключается в том, что, в отличие от ющих выполнения в условиях жёстко- особенности и ограничения. других технических терминов, «Интер- го ограничения времени, использовать 16 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

РОБОТОТЕХНИКА АРХИТЕКТУРА IORT Аппаратный уровень является самым точки зрения этот уровень абстрак- нижним и включает в себя различных ции составляют физические устройства Архитектуру Интернета роботизиро- роботов и устройства, то есть «вещи», (компоненты реального мира), предо- ванных вещей (см. рис.) можно разде- такие как транспортные средства, дат- ставляющие имеющуюся информацию лить на 5 уровней [4]: чики, смартфоны, аппаратура военного следующему, сетевому уровню. 1. Аппаратный уровень (уровень робо- назначения, оборудование для работы под водой, погодные сенсоры, носимая На сетевом уровне реализуются раз- тизированных вещей). электроника и различные персональ- личные возможности сетевого подклю- 2. Сетевой уровень. ные устройства, бытовая техника и про- чения: 3. Интернет-уровень. мышленные датчики. С технической ● сети сотовой связи, работающие в 4. Уровень инфраструктуры. 5. Уровень приложения. стандартах 3G и LTE/4G; Области применения IoRT WDSL-интерфейс Коммерческие Супермаркеты Электронная Обслуживание Здравоохранение Обслуживание Сервисы презентации Онлайн-заказы коммерция инфраструктуры дата-центров совместного Обслуживание использования Распределение Справочники Обслуживание Консультирование Инспекция Контроль Кондиционирование Управление товаров зданий лекарственных работой роботов Системы дополненной Обслуживание препаратов реальности трубопроводов Крупномодульные Системы Обслуживание Мониторинг Обслуживание Совместная (coarse grained) дополненной Системы здоровья работа службы реальности виртуальной мостов Мелкомодульные Виртуальные реальности Дистанционная Удалённый Персонализация (fine grained) медицинская мониторинг службы туры помощь Облачные сервисы IoRT Облачные IoT сервисы для коммерции Инфраструктура облачных сервисов для роботов Управление транзакциями Интерфейс Сценарии Контроль за пользователя поведения работой робота Оперирование Коммуникации денежными Ввод Закупки Управление Управление средствами информации сделками заказами Ведение бизнеса Тактильный Управление Распознавание Энергопотребление взаимодействием Интернет- Каталог Управление Службы Оформление Работа Жесты Структуризация Безопасность Журналы работы магазин товаров складом доставки счетов с возвратами Графический окружающей и сбоев интерфейс среды Внешняя экосистема, рынок, электронная SaaS Онтология Управление Работоспособность коммерция, сотрудничество PaaS латентностью IaaS Модульные API, модель обслуживания, службы Взаимодействие Обработка Обработка Определение и пакетные интеграции с соцсетями изображений видео местоположения приложения для Facebook Дополненная коммерции Описание ресурсов, абстракция, Twitter реальность и оптимизация, взаимодействие редактирование изображений Одновременное Распознавание Синтезатор речи определение Поддержка облачной платформы M2M2A объектов местоположения и картирование Управление Управление Управление Перевод Редактирование метеоданными устройствами пользовательскими маршрута Сбор данных данными Анализ данных Управление Накопление Игровые Распознавание Распознавание Карта данными данных с датчиков соцсети лиц речи перемещений о местоположении робота Протоколы управления роботами Службы для работы с большими данными (Big Data) RT Middleware ROS RSNP ORiN CANOpen UNR-PF для решения задач маркетинга, оптимизации, статистического анализа, прогнозирования и т.д. Интернет-соединения Протоколы обслуживания IoT MQTT CoAP XMPP IPv6 UDP uIP DTLS AMQP LLAP DDS Сетевые протоколы 3G 4G/LTE WiMAX Z-Wave WiFi ZigBee 6LoWPAN BGAN LoRA NFC BTLE «Вещи» Роботы 17 Транспорт Бытовая Датчики Персональные Орбитальное Сельско- техника погоды датчики оборудование хозяйственное оборудование Роботы Медицинское Мобильные Промышленные Военная Подводная оборудование телефоны датчики техника техника Концептуальная структура IoRT WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

РОБОТОТЕХНИКА ● технологии ближнего радиуса дей- ма «машина – машина» (M2M) представ- ляется сценариям поведения робота и ствия, такие как Wi-Fi, Bluetooth Low ляет собой совокупность нескольких пользовательскому интерфейсу. Energy (BLE), 6LoWPAN, Broad-Band машин, подключённых к сети, кото- Global Area Network (BGAN) и NFC, рые обмениваются информацией без Уровень приложения – это самый для облегчения соединения робо- вмешательства человека для оптималь- верхний уровень архитектуры IoRT, тизированных вещей друг с другом; ного выполнения поставленных задач. предназначенный для реализации В таких решениях взаимосвязанные пользовательского опыта, полученно- ● средства для работы на средних информационные потоки, создавае- го в результате изучения конкретной и больших дальностях – WiMAX, мые различными датчиками, форми- области применения робототехники. Z-Wave, ZigBee и LoRA – для беспере- руют соответствующую последова- Роботы, связанные с IoT, могут актив- бойной передачи информации вну- тельность действий, осуществляемых но использоваться в здравоохранении, три роботизированной сетевой ин- роботами. Наибольшее значение име- ЖКХ, электронной коммерции, супер- фраструктуры, элементы которой ют сбор и накопление данных, их ана- маркетах, в чрезвычайных ситуациях, разнесены на большие расстояния. лиз, а также управление устройствами. центрах обработки данных, презен- Подключение к Интернету являет- тациях и многих других сферах. Воз- Облачные бизнес-сервисы IoT явля- можности робототехники постоянно ся центральной коммуникационной ются абстрактным представлением биз- растут, что обуславливает важность и частью архитектуры IoRT. В интернет- нес-составляющей роботизированных перспективность данной отрасли. уровень включены некоторые прото- систем IoT. Сюда входят различные колы связи IoT, обеспечивающие энер- системы управления транзакциями и ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУРЫ гоэффективную, ресурсосберегающую процессами, поддерживаемые такими IORT работу и первичную обработку инфор- моделями, как SaaS, PaaS и IaaS. Модуль- мации: ные и упакованные бизнес-ориентиро- Интернет роботизированных вещей ● MQTT для публикации и подписки на ванные API облегчают выполнение опе- предлагает ряд уникальных возможно- раций, связанных с электронной тор- стей, которые отличают его от тради- сообщения; говлей. Одновременно они позволяют ционных для роботов сервисов, таких ● CoAP для многоадресных рассылок; описывать данные, выполнять абстра- как облачная робототехника и сетевая ● XMPP для мгновенного обмена сооб- гирование, оптимизацию и согласова- робототехника. Рассмотрим их подроб- ние с внешней системой. Таким обра- нее. щениями; зом, бизнес-облака позволяют орга- ● IPv6, UDP, uIP, DTLS для защищённой низациям и производителям роботов Совместимость (роботизированных систем) умень- Для стандартизации нескольких передачи данных; шить накладные расходы на коммер- ● AMQP для передачи сообщений меж- ческую деятельность при помощи уни- используемых коммуникационных фицированных интерфейсов. интерфейсов хорошо подходит язык ду компонентами системы; описания веб-сервисов WSDL, что ● LLAP для обеспечения работы в се- IoT-инфраструктура облачной робо- значительно упрощает общее взаимо- тотехники включена исключительно действие между отдельными роботами тях LocalTalk; ради сервисов. Понятие «IoT-облако» (или роботизированными системами) ● DDS для осуществления распределе- можно раскрыть как «модель, предна- и другими сегментами IoRT. В адресной значенная для содействия информаци- книге должна храниться информация ния данных между интеллектуальны- онному обществу, предоставляющая обо всех развёрнутых службах роботи- ми устройствами. передовые услуги путём объединения зированных систем. Все службы явля- Уровень инфраструктуры являет- физических и виртуальных устройств ются веб-сервисами, и сложные при- ся самым важным в архитектуре IoRT. на основе существующих и развиваю- ложения создаются из отдельных веб- Данный уровень объединяет в себе щихся информационных и коммуника- компонентов. пять компонентов: робототехниче- ционных технологий». Данная модель скую платформу, облачную платфор- подразумевает предоставление повсе- Осведомлённость об окружении му M2M2A, облачные бизнес-сервисы местного удобного доступа «по требо- Основываясь на информации о физи- IoT, сервисы обработки данных и IoT- ванию» к общей совокупности конфи- инфраструктуру облачной робототех- гурируемых вычислительных ресурсов, ческих параметрах и параметрах про- ники. Рассмотрим перечисленные ком- которые могут быть быстро подготов- граммного окружения, сенсорные узлы, поненты подробнее. лены и запущены в эксплуатацию. подключённые к IoRT-системе, получа- Робототехническая платформа обе- В связи с этим важной проблемой ста- ют знания об окружающей ситуации. спечивает работу таких специализиро- новится организация бесперебойного Принимаемые робототехническими ванных роботизированных сервисных соединения элементов системы между системами решения являются контек- технологий, как промежуточное про- собой и с внешним миром [5]. Таким стно-зависимыми. граммное обеспечение RT Middleware, образом, IoT-облако позволяет робо- операционная система для роботов тизированным системам использовать Виртуализированная ROS, сетевой служебный протокол для такие сервисы, как обработка изобра- диверсификация роботов RSNP, сетевой протокол для жений, обработка видео, определение автоматизированных систем ORiN, про- местоположения, управление связью, В предложенной архитектуре IoRT токолы CANOpen, UNR-PF и т.д. координация с сервисами социальных используется особый компонент Облачная платформа M2M2A явля- сетей. При этом особое внимание уде- инфраструктуры, который определя- ется реализацией парадигмы «маши- ет местоположение робота на специ- на – машина – актуатор» (Machine-to- альном «картирующем» слое, т.е. каждо- Machine-to-Actuator), которая использу- му реальному роботу соответствует его ется самыми современными роботами и в перспективе рассматривается как WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 ключевое звено в IoRT-системе. Систе- 18

РОБОТОТЕХНИКА виртуальное представление. В резуль- ный M2M2A модуль либо путём обнов- ключаться из режима низкого разре- тате конечный пользователь, то есть ления сервисов в IoRT-системе, которые шения в режим высокого разрешения бизнес, производитель или физиче- могут быть предложены пользователям при обнаружении движения и посы- ское лицо, запрашивает только те или и на которые можно легко подписаться лать соответствующие команды сосед- иные услуги, не заботясь о том, какие через разработанный веб-интерфейс. ним видеокамерам и другим вовлечён- реальные физические роботы назна- ным роботизированным устройствам. чены для решения конкретной зада- Интероперабельность В данном примере автоматические чи. Данная архитектура будет поддер- IoT-устройства могут поддерживать видеокамеры самостоятельно адапти- живать и претворять в жизнь идеоло- руются к внешней обстановке, основы- гию гетерогенной робототехники, где несколько коммуникационных прото- ваясь на получаемой ими информации. отдельные роботы могут иметь совер- колов и взаимодействовать с другими шенно разную архитектуру оборудо- устройствами различных типов и раз- Территориально распределённый вания и программного обеспечения. личной инфраструктуры. Таким обра- и повсеместный сетевой доступ Например, некоторые из применяе- зом, IoRT является интероперабельным мых роботов могут использоваться в по своей сути. Облачные сервисы обычно доступны больницах, другие – в ресторанах, а посредством сети Интернет и использу- третьи будут роботами-полицейски- Динамичность и самоадаптивность ют её для доставки своих услуг. В связи с ми или устройствами, участвующими IoT-устройства и системы долж- этим любое устройство, подключённое в спасательных операциях. Таким обра- к глобальной сети, будь то роботизиро- зом, архитектура IoRT действительно ны обладать возможностью динами- ванная система, смартфон или другое виртуализирована и диверсифициро- чески адаптироваться к меняющимся оборудование, может получить доступ вана по своим характеристикам. внешним условиям и уметь действо- к распределённым облачным сервисам. вать в соответствии с текущей ситу- Кроме того, для достижения высокой Расширяемость ацией. Для примера можно рассмо- производительности сети и локализа- IoRT-архитектуру нельзя считать треть систему видеонаблюдения, состо- ции используют дата-центры, располо- ящую из нескольких автоматических женные во многих отдалённых уголках законченной без наличия возможностей камер. Автоматические видеокамеры по всему миру. Поставщик услуг может расширения существующих роботизи- могут переключаться в нормальный использовать географическую распре- рованных сервисов посредством добав- или инфракрасный режим работы в делённость для извлечения максималь- ления новых типов роботов в облач- зависимости от времени суток и осве- ной пользы от сервиса. щённости. Камеры способны пере- Серия светодиодных кластеров XLD-Line-XP для декоративной подсветки Преимущества – Высокий световой поток – Деление на отрезки – Коммутация кластеров в линию произвольной длины – Диапазон температур –40…+70°С – Срок службы не менее 50 000 часов СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU Реклама 19

РОБОТОТЕХНИКА Одноплатные компьютеры для интеграции IoT с роботами Параметр Intel Galileo Модель ARM mbed NXP Gen 2 LPC1768 Arduino Uno Arduino Yun Intel Edison Beagle Bone Electric Imp 003 Raspberry Pi B+ TelosB Black Процессор ATMega328P ATMega32u4 и Intel® QuarkTM Intel® QuarkTM Sitara ARM Cortex M4F Broadcom ARM Cortex M3 MSP430 f1161 Atheros AR9331 SoC X1000 SoC X1000 AM3358BZCZ100 BCM2835 Графический - -- - PowerVR - VideoCore IV® - - процессор (GPU) SGX530, Multimedia, 5 3; 5 5 3,3 520 МГц 3,3 250 МГц 5 3…3,6 Напряжение 16 400 100 320 96 8 питания, В 8 16 и 400 32 32 3,3 32 5 32 16 Тактовая частота, 2 Кбайт 256 Мбайт 1 Гбайт 1000 120 Кбайт 32 Кбайт МГц 8 32 700 10 Кбайт Разрядность шины, 32 Кбайт 8 Мбайт 4 Гбайт бит 1 2,5 Кбайт и 8 - 512 Мбайт 32 48 Кбайт 64 Мбайт - Объём системной 4 Гбайт 512 Мбайт памяти 32 Кбайт и 16 Мбайт - 4 Мбайт - 512 Кбайт Объём флэш- - -- памяти 1 Объём ПЗУ, Кбайт IEEE 802.11 IEEE 802.11 IEEE 802.11 IEEE 802.11 IEEE 802.11 IEEE 802.11 IEEE 802.11 IEEE 802.11 Поддерживаемые b/g/n, IEEE b/g/n, IEEE b/g/n, IEEE b/g/n, IEEE b/g/n, IEEE b/g/n, IEEE b/g/n, IEEE b/g/n, IEEE протоколы связи 802.15.4, 433RF, 802.15.4, 433RF, 802.15.4, 433RF, 802.15.4, 433RF, 802.15.4, 433RF, 802.15.4, 433RF, 802.15.4, 433RF, 802.15.4, 433RF, CC2420 BLE 4.0, Ethernet, BLE 4.0, Ethernet, BLE 4.0, Ethernet, BLE 4.0, Ethernet, BLE 4.0, Ethernet, BLE 4.0, Ethernet, BLE 4.0, Ethernet, BLE 4.0, Ethernet, Serial Serial Serial Serial Serial Serial Serial Serial Среда разработки Arduino IDE Arduino IDE Arduino IDE Arduino IDE, Debian, Android, Electic Imp IDE NOOBS C/C++ SDK, Eclipse IDE Eclipse, Intel XDK Ubuntu, Cloud9 онлайн- IDE компилятор Язык Wiring Wiring Wiring, Wyliodrin Wiring, C, C++, C, C++, Python, Squirrel Python, C, C++, C, C++ C, NesC программирования Node.js, HTML5 Perl, Ruby, Java, Java, Scratch, Node.js Ruby Порты ввода/ SPI, I2C, UART, SPI, I2C, UART, SPI, I2C, UART, SPI, I2C, UART, SPI, I2C, UART, SPI, I2C, UART, SPI, I2C, DSI, SPI, I2C, CAN, USB Serial, GPIO вывода GPIO GPIO GPIO I2S, GPIO MsASP, GPIO GPIO SDIO, CSI, UART, GPIO GPIO ПОДХОДЯЩИЕ ДЛЯ АРХИТЕКТУРЫ получать со считывателей RFID, навига- колы, облачные сервисы и ресурсы для IORT РОБОТЫ ционной системы, видеокамер и других решения задач управления, уже включе- датчиков для сбора информации об окру- ны в архитектуру IoRT. Примеры одно- Роботы делятся на две категории: жающем робота пространстве и его соб- платных компьютеров (процессорных промышленные и сервисные [6]. Про- ственном местоположении и состоянии. устройств), совместимых со стандарта- мышленные роботы подразделяются на ми IoT, приведены в таблице. следующие группы: ПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА ● промышленные манипуляционные IOT ЛИТЕРАТУРА роботы, выполняющие основные В структуре IoT можно выделить 1. M. Weiser. The Computer for the 21st технологические операции; 5 основных уровней: Century. Scientific American Special Issue ● промышленные транспортные робо- 1. Уровень приложений – REST API, объ- on Communications, Computers, and ты, осуществляющие внутрицеховые Networks. September, 1991. и межцеховые перемещения грузов. екты JSON-IPSO, двоичные объекты. Сервисные роботы, в свою очередь, 2. Транспортный уровень – протоколы 2. Рекомендация МСЭ-Т Y.2060. Обзор классифицируются по следующим при- Интернета вещей. знакам: CoAP, MQTT, XMPP, AMQP, LLAP, DDS, ● возможность передвижения (мобиль- SOAP, UDP, TCP, DTLS. 3. J. Wan, S. Tang, H. Yan, D. Li, S. Wang, ные, стационарные, экзоскелеты); 3. Интернет-уровень – протоколы A.V. Vasilakos. Cloud robotics: Current ● область применения. 6LoWPAN, IPv6, uIP, NanoIP. status and open issues. IEEE Access, Вне зависимости от области примене- 4. Канальный уровень – протоколы vol. 4, pp. 2797–2807, 2016. ния, практически любой программируе- IEEE 802.15.4, IEEE 802.11, ISO/IEC мый робот, оснащённый каналом связи 18092:2004, NB-IoT, EC-GSM-IoT, 4. P.P. Ray. Internet of Robotic Things: (проводным или беспроводным), может Bluetooth, Eddystone, ANT, ISA100.11a, Concept, Technologies, and Challenges. быть подключён к инфраструктуре IoRT EnOcean, LTE-MTC. IEEE Access, vol. 4, pp. 9489–9500, 2016. для выполнения задач в качестве конеч- 5. Физический уровень – устройства и ного исполнительного устройства или объекты. 5. P.P. Ray. Creating values out of Internet of же для получения информации от это- Как уже упоминалось выше, относя- Things: An industrial perspective. J. Comput. го робота. Информацию о роботе можно щиеся к Интернету вещей коммуника- Netw. Commun., vol. 2016, Sep. 2016, Art. ционные технологии, включая прото- no. 1579460. 20 6. ИСО 8373:2012. Роботы и робототехни- ческие системы. Словарь. WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

РАЗРАБОВТКЫАСИОПКРООИНЗАВДОЕДЖСТНВООЙ ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ 100% РОССИЙСКАЯ КОМПАНИЯ ЗАКАЗНЫЕ РАЗРАБОТКИ КОНТРАКТНОЕ ПРОИЗВОДСТВО Разработка электронного оборудования Контрактная сборка электроники уровней: по ТЗ заказчика в кратчайшие сроки модуль / узел / блок / шкаф / комплекс • Модификация КД существующего изделия • ОКР, технологические консультации и согласования • Разработка спецвычислителя на базе • Макеты, установочные партии, постановка в серию • Полное комплектование производства импортными COM-модуля • Конфигурирование модульного и отечественными компонентами и материалами • Поддержание складов, своевременное анонсирование корпусированного изделия • Сборка магистрально-модульной системы снятия с производства, подбор аналогов • Серийное плановое производство по спецификации заказчика • Тестирование и испытания по методикам и ТУ • Разработка изделия с нуля • Гарантийный и постгарантийный сервис WWW.DOLOMANT.RU • (495) 739-0775 Реклама

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Кремниевая и арсенид-галлий-алюминиевая технология: конструкторские решения в области изготовления оптических трёхмерных матричных приёмо-передающих модулей 3D М ФЭФ М Часть 7 Валерий Сведе-Швец ([email protected]), Владислав Сведе-Швец, стекла К8 его значение на длине волны Максим Зиновьев (Москва) λ=0,6328 мкм равно 1,515, для фотопла- стинки – 1,510. Для микролинзы, изго- В седьмой части статьи описаны конструкторские решения в области товленной в фотопластинке и имею- изготовления трёхмерных матричных приёмо-передающих оптических щей диаметр D=80 мкм, путём решения фотон-электрон-фотонных модулей (3D М ФЭФ М) с использованием задачи минимизации был рассчи- планарных объёмных матричных линзовых растров и призменных тан дифракционный фокус fdif. Было делителей, полученных с применением ионообменной технологии. получено значение fdif=300 мкм, экс- Также приведены формируемые оптические схемы, используемые периментальное значение фокусного в 3D М ФЭФ М, и описаны особенности изготовления модулей на основе расстояния f=360 мкм, то есть относи- применения вертикально излучающих лазеров (3D М ЭФ СБИС VCSEL) тельная ошибка составляла около 20%. и коммутационных кремниевых кристаллов с элементами аналого- Этот факт свидетельствует в пользу сде- цифрового преобразования оптического излучения (3D М ФЭ СБИС А/Ц), ланного выше предположения о при- собранных по методу перевёрнутого монтажа (flip-chip). ближённом равенстве параксиально- го и дифракционного фокусов fp и fdif. КОНСТРУКЦИЯ ПЛАНАРНЫХ Они находят применение для колли- Таким образом, в рамках используемых мации и фокусировки (волоконная технологических параметров для полу- МАТРИЧНЫХ ЛИНЗОВЫХ РАСТРОВ оптика, сенсорные устройства, опти- чения оценочных оптических характе- И ПРИЗМЕННЫХ ДЕЛИТЕЛЕЙ ческое сопряжение, оптические ком- ристик (фокусное расстояние, диаметр пьютеры), для передачи света (дис- фокального пятна) можно приближён- Преимущества использования опти- плеи, проекционные системы) и для но считать распределение показателя ческого диапазона частот в системах формирования изображения (фото- преломления сферически симметрич- передачи и обработки информации, копиры, трёхмерные фотографии, ным и носящим ступенчатый харак- стремление к миниатюризации сти- микролинзовая литография, астро- тер. В основе технологии изготовле- мулируют развитие интегральной номические приборы). ния матриц микролинз лежит подход, оптики, в задачу которой входит соз- основанный на использовании элек- дание оптических узлов и устройств Метод электростимулированного тростимулированной миграции ионов в интегральном исполнении. Важ- ионного обмена Ag и т.п. в стеклянную подложку из рас- ным элементом интегрально-оптиче- плавов солей под действием внешнего ских устройств являются микролинзы. Среди известных методов форми- электрического поля. Миграция ионов рования интегральных микролинз из расплава соли в стеклянную подлож- + устоявшейся является ионообмен- ку приводит к увеличению показате- + ная техника. Трёхмерное распреде- ля преломления в приповерхностной ление показателя преломления (ПП) области стекла. Внедрение ионов про- Рис. 47. Технологический процесс в таких микролинзах является допол- исходит через отверстия в маскирую- изготовления матрицы интегральных линз нительной степенью свободы для вари- щем слое, наносимом на поверхность с электростимулированной миграцией ионов ации их оптических свойств. При их стеклянной подложки. На рисунке 47 в стекле изготовлении методом электрости- показаны основные этапы технологи- мулированного ионного обмена про- ческого процесса изготовления матри- филь ПП иногда получается ступенча- цы интегральных линз. тым (с высоким градиентом) и харак- теризуется сферической симметрией. Одноформатные матричные Рассмотрим пример возможного изго- объёмные микролинзовые растры товления микролинз по данной техно- логии на фотопластинке и стекле К8. Одноформатные матричные объ- При этом использовался расплав сме- ёмные микролинзовые растры пред- си нитратов серебра AgNO3 и натрия назначены для ввода оптическо- NaNO3. Величина прикладываемо- го излучения в 3D М ФЭ СБИС А/Ц го напряжения составляла 40 и 70 В. и вывода оптического излучения из ПП подложки обычно известен. Для 22 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 3D М ЭФ СБИС VCSEL. Образец матрич- Заготовки наклеиваются на план- Рис. 48. Образец матричного объёмного ного объёмного линзового растра при- шайбы с помощью специального лака, линзового растра ведён на рисунке 48. который позволяет удерживать накле- енную заготовку даже при нагреве в меньшего 0,065 мм. Каждый ФП имеет Технологический процесс изготов- процессе полирования. Снятие при- следующие параметры: ления линзовых растров состоит из пуска осуществляется за несколько ● диаметр площадки ФП dФП=0,065 мм; следующих операций: производство переходов сначала круглым нажда- ● пороговая мощность Рпор=10 мкВт; полированных штабиков, прессование ком, затем средним и микропорош- ● глубина усечённого конуса – 0,47 мм. заготовок растров и обработка загото- ком, который готовит поверхность для вок растров механическим способом. полирования. В ФЭ вычислительной системе меж- ду 3D ФЭ ГИМС используется оптиче- Сваренное и отлитое в блок опти- Оптическая схема построения хода ское волокно (ОВ), имеющее следую- ческое стекло после отжига и контро- лучей и габаритно-энергетический щие параметры: ля разделывается на кубики размером расчёт оптической системы ● материал сердцевины – дейтериро- 160×160×400 мм, которые загружают- для 3D М ФЭФ М ся в печь нагрева, где стекло разогре- ванный полиметилметакрилат; вается до температуры расплавления. В ходе работы были проведены ● материал оболочки – полифтор- Затем включается механизм вытяж- исследование оптической схемы (ОС) ки, разогретое стекло через специ- с построением хода лучей и габаритно- акрилат; альную фильеру попадает на рам- энергетический расчёт одного канала ● диаметр сердцевины (жилы) – 0,4 мм; ки вытяжной машины, и получается 3D М ФЭФ М. ● диаметр оболочки – 0,42 мм; полированный штабик круглого сече- ● показатель преломления сердцеви- ния. Изменением скорости роликов Расчёт ОС соответствует следующим достигается необходимый диаметр требованиям: ны – 1,485; штабика. После обрубки определён- ● активными элементами системы яв- ● показатель преломления оболоч- ной длины штабики укладываются в специальную печь, где происходит ляются матричный кристалл свето- ки – 1,42; отжиг стекла. излучающих лазеров (VCSEL) и ма- ● структура – ступенчатый профиль; тричный кристалл фотоприёмных ● числовая апертура – 0,44; Для прессования заготовок растров устройств; ● апертурный угол – 52°; используется комплекс оборудования, ● матричные кристаллы VCSEL и фото- ● длина волны пропускания λmах= включающий печь для разогрева шта- приёмников излучения (ФП) долж- бика, пресс и печь отжига. После про- ны иметь высокую механическую =(670–680, 850) нм; верки качества поверхности штаби- прочность; ● затухание на λmах – 100–150, 200– ка на отсутствие дефектов (царапи- ● пассивные элементы ОС должны ны, включения) штабик укладывается обеспечить максимальную пере- 250 дБ/км; в специальное устройство и подаётся к дачу мощности потока излучения ● допустимый радиус изгиба – 10 мм; окну печи разогрева. По мере разогре- VCSEL на расстояния, необходимые ● интервал рабочих температур – ва конца штабик продвигается внутрь для передачи информации между 3D печи. По достижении на конце штабика ЭФ VCSEL. −40...+70°С. вязкости стекла, при которой возмож- Излучающая структура представляет Прочие параметры системы: но формование, он переносится к прес- собой кристалл на базе арсенида гал- ● шаг между оптическими каналами – су, разогретый конец укладывается на лия (GaAs) с габаритными размерами 0,75 мм; нижний пуансон. 12×12×0,16 мм. Каждый VCSEL распола- ● материал оптических элементов – стек- гается с периодом 0,75 мм и имеет сле- ло ТФ4, nТФ4=1,72019 (при 0,852 мкм); С помощью прессующего цилиндра дующие параметры: ● показатель преломления GaAs разогретый конец штабика подаёт- ● длина волны излучения λ=0,85 мкм; nAs=3,211 (при 0,85 мкм); ся к матрице, и происходит прессова- ● вид индикатрисы излучения – рас- ● промежутки клеевого соединения оп- ние заготовки растра. Излишки стекла пределение Гаусса; тических деталей – 0,05 мм; выдавливаются по краям матрицы. Спе- ● полный угол излучения 2σVCSEL=80°; ● воздушные промежутки при соеди- циальными ножницами штабик отре- ● мощность излучения Рвх=300 мкВт; нении деталей – 0,05 мм или 0,12 мм; зается от отпрессованной заготовки ● диаметр излучателя dVCSEL=0,05 мм; ● минимально возможный радиус сфе- и снова укладывается на специальное ● показатель преломления при рической поверхности оптических де- устройство для разогрева. После того 0,85 мкм – 3,211. талей – 0,34 мм. как отпрессованная заготовка вынута Матричный кристалл ФП изготов- Габаритно-аберрационный расчёт из матрицы, она переносится в печь лен по технологии КМОП на кремнии проводился с помощью пакета при- отжига. толщиной 0,48 мм. Размер кристал- кладных программ «Призма», который ла – 14×14 мм. На его лицевой стороне является исходным для энергетическо- После отжига заготовки подвергают- с шагом 0,75 мм расположены ФП. Для го расчёта. ся обработке, при которой достигает- обеспечения эффективного срабатыва- ся требуемая толщина. Поскольку лин- ния ФП с обратной стороны кристал- зы растра и его диаметр окончательно ла с шагом 0,75 мм вытравлены углу- формуются, требуемая толщина дости- бления, приближающиеся по форме к гается снятием припуска с одной сто- усечённым конусам с диаметром боль- роны заготовки. Обработка произво- шего основания 0,65 мм и диаметром дится на шлифовально-полироваль- ном станке. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 23

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 49. Оптическая схема расчёта единичного канала приёма-передачи 3D ФЭ ГИМС а Основные цели габаритного расчё- На рисунке 51 изображены фраг- та данной ОС: мент матрицы линз, мультиплицирова- , 1. При заданном шаге каналов 3D ФЭ ние изображения с помощью матрицы линз и фокальные пятна матрицы линз. б ГИМС подобрать параметры ОС. Примечание: D – диаметр линзы, Λ – период 2. Обеспечить ввод излучения в ОВ с Схематический вид оптических кана- матрицы, d – толщина подложки, f и f′ – лов, используемых в разъёме с матри- фокусные расстояния, f ≈ f′. определённой апертурой. цей линз, представлен на рисунке 52. Рис. 50. Матричный линзовый растр: а) общий 3. Обеспечить вывод оптического из- вид; б) вид в срезе На рисунке 53 представлен расчёт лучения из ОВ на ФП. хода лучей в канале сетки с оптически- 24 Для выполнения этих условий наи- ми отрезками для фокусного согласова- более рациональна трёхлинзовая ОС, ния оптического излучения для разъёма. содержащая первую линзу, наиболее приближенную к источнику излуче- ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ния, и двухлинзовый конденсор. Опти- ческая схема расчёта единичного кана- УПЛОТНЕНИЯ ФОТОПРИЁМНОГО ла приёма-передачи 3D ФЭ ГИМС при- ведена на рисунке 49. УСТРОЙСТВА ФЭ СБИС Данная ОС работает с увеличени- ем Во=−1,271 и даёт изображение И ИЗЛУЧАЮЩЕГО ЭЛЕМЕНТА источника излучения на расстоянии Применяемые в схеме приёма-переда- s′=0,0387 мм от последней поверхно- сти ОС. чи плосковыпуклые и двояковыпуклые Заметим, что для унификации узлов и линзовые системы дважды переворачи- деталей ОС используются одинаковые вают изображение. Это обстоятельство геометрические параметры линзовых приводит к тому, что пучки света не теря- растров. Стрелки прогиба на всех лин- ют адресации, то есть луч, вышедший из зах (при плотной упаковке линзового нижнего светодиода, имеет мнимое изо- растра) при диаметре каждой линзы бражение на поверхности матричного 0,6 мм и шаге между каналами 0,75 мм линзового растра (см. рис. 50) перед вхо- равны 0,18 мм. дом в приёмный конденсор, на выходе На рисунке 50 представлены матрич- из конденсора луч снова попадает на ный линзовый растр и расчёт хода матричный линзовый растр, инвертиру- лучей оптического потока в линзе. ющий изображение на фотоприёмную площадку матричного кристалла. А это, в свою очередь, вселяет уверенность в том, что если источники излучения «подкра- WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ а бв Рис. 51. Матрица линз: а) фрагмент матрицы линз; б) мультиплицирование изображения с помощью матрицы линз; в) фокальные пятна матрицы линз аб Рис. 52. Волоконно-оптический разъём с матрицей линз: а) одиночный канал; б) группа каналов Рис. 53. Расчёт хода лучей в канале сетки с оптическими отрезками для фокусного согласования Рис. 54. Оптический призменный оптического излучения для разъёма мультиплексор шены» в рабочем диапазоне длин волн, ной наукой и техникой. Оптическая Выпущена конструкторская докумен- то можно рассчитывать на адресную схема, приведённая выше, хотя и выпол- тация и изготовлены опытные образцы передачу уплотнённой информации. няет поставленные перед ней задачи, оптического призменного мультиплексора всё же не идеальна в части больших с корпусом-разъёмом Пикатинни под разъ- Проведённые оценочные расчёты и фоновых засветок от соседних близко ём с линзовыми растрами и под разъём с построения показывают, что теорети- стоящих источников. Целый ряд кон- многоканальным оптическим волокном. чески разработка оптической системы структивных и технологических огра- связи между оптическими модулями для ничений оставляет массу проблем со ТЕХНОЛОГИЯ СБОРКИ передачи уплотнённой информации сборкой и юстировкой подобных схем. 3D ФЭ СБИС VCSEL возможна. При этом следует отметить, И 3D ФЭ СБИС МА/Ц что практически воспроизвести подоб- Таким образом, осуществление раз- ную схему сегодня очень трудно. Нужно деления сигнала по узкому диапазону НА МНОГОСЛОЙНОЙ ПОЛОСКОВОЙ учитывать, что телесные углы распро- частот и изготовление оптоэлектрон- странения света малы (0,05…0,07 рад) ных преобразователей с повышенной ПЛАТЕ ДЛЯ 3D М ФЭФ М и мощность излучения должна быть плотностью информации, передаваемой достаточно высокой. Напрашивается посредством света, можно рассматри- Принцип сборки бескорпусных кри- полупроводниковый поверхностный вать как перспективное направление. На сталлов 3D ЭФ СБИС VCSEL и 3D ФЭ лазер с матричной структурой. Такие рисунке 54 представлена модель опти- СБИС МА/Ц методом перевёрнутого приборы ещё не освоены отечествен- ческого призменного мультиплексора. монтажа (flip-chip) основан на техно- логических возможностях формирова- ния индиевых столбиков. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 25

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Рис. 55. Схема сборки посредством индиевых столбиков Как только изображения совме- щены правильным образом, опти- Особенностями сборки кристаллов Поскольку наличие окисла (толщи- ческий зонд отводится, а кристалл методом перевёрнутого монтажа явля- на окисной плёнки составляет свы- и подложка, совмещённые и парал- ются: ше 100 А) на поверхности индиевых лельные друг другу, приводятся в кон- ● качество соединения собираемых ча- столбиков препятствует созданию такт, начиная соединение. Предвари- надёжного контакта между ними, то тельно запрограммированные эпюры стей 3D М ФЭФ М зависит от степе- для предотвращения влияния окис- давления и температуры исполняют- ни чистоты поверхности соединяе- ла после формирования индиевых ся так, чтобы обеспечить соответству- мых материалов, а также параметров столбиков содержащие их компо- ющее качество сборки для соединя- сборки, таких как температура соеди- ненты до сборки хранятся в среде, емых типов контактных площадок. няемых частей, механическая сила, не содержащей кислорода, – в ваку- Установка может быть настроена под прикладываемая к ним, время, в тече- уме или в инертном газе. Непосред- разный тип площадок и запрограм- ние которого прикладывается усилие; ственно перед сборкой эти компонен- мирована на любую комбинацию дав- ● параметры и режимы сборки в зна- ты должны подвергаться травлению ления, нагрева подложки и кристал- чительной степени определяются ионами аргона для удаления окисной ла для создания надёжного контакта. геометрическими размерами инди- плёнки индия. евых столбиков: наилучшей являет- Применяемый оптический зонд ся ситуация, когда отношение высо- Сборка 3D ЭФ СБИС VCSEL и 3D ФЭ позволяет одновременно видеть и ты столбика к его поперечному раз- СБИС МА/Ц производилась на уста- верхний, и нижний кристаллы. Оба меру приближается или превышает новке М9-А производства фирмы кристалла, а также пьедестал (инстру- единицу; R&D Automation (США). мент для крепления кристалла) удер- ● рекомендуемые в зарубежных ис- живаются на месте в процессе обра- точниках параметры сборки следу- Был выбран следующий режим сбор- ботки за счёт использования внеш- ющие: механическое давление на ки: него вакуумного устройства. Узел границе соединяемых поверхно- ● механическая нагрузка – 130–150 Н/см2; оптического зонда позволяет переме- стей – 0,5 кг/мм2, температура сое- ● температура стыкуемых частей – 130°C; щаться по осям х, у и z и обеспечива- диняемых частей – около 90°C при ● время приложения нагрузки – 5 ми- ет точную фокусировку и сканирова- времени воздействия давления по- ние всего кристалла и подложки в ходе рядка 1 минуты. нут. совмещения. Технология сборки кристаллов Установка М-9А использует оптику, методом перевёрнутого монтажа про- управляемую от ПЭВМ, которая допу- Перемещающийся подложечный водилась в следующей последователь- скает быстрое повторяемое совмеще- узел установки используется для точ- ности. ние и посадку перевёрнутого кристал- ного расположения подложки под Используемые индиевые столбики ла на подложку. Процесс сопровождает- кристаллом и обеспечивает высоко- имели высоту 9 мкм, площадь попереч- ся использованием оптического зонда надёжное параллельное размещение ного сечения у основания 12×12 мкм с с одиночной камерой и призменного собираемых частей относительно друг переходом на конус у вершины. блока, которые обеспечивают проеци- друга для соединения. На рисунке 55 рование наложенных изображений кри- представлен пример схемы сборки сталла и подложки на видеомониторе. посредством индиевых столбиков. Индиевые столбики формировались методом «взрывной» фотолитографии в комбинации с магнетронным напы- лением адгезионных молибден-нике- левых подслоёв и термическим напы- лением толстых слоёв In. Для реализации «взрывной» фотоли- тографии была разработана технология двухслойной фоторезистивной маски толщиной 7–9 мкм на основе фоторе- 10 мкм 10 мкм 10 мкм Рис. 56. Двухслойная фоторезистивная маска Рис. 57. Пластина с фоторезистивной маской Рис. 58. Пластина с индиевыми столбиками с отрицательным профилем и напылённой металлизацией высотой 12 мкм 26 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ зистов ФП 3515 и ФП 3550. Метод обра- После удаления фоторезиста на пла- решения, применяемые при создании ботки этих фоторезистов позволил с стинах формировались индиевые стол- информационно-вычислительных, высокой воспроизводимостью полу- бики, показанные на рисунке 58. коммутационных и радиолокацион- чать фоторезистивные маски с локаль- ных устройств и систем на базе трёх- ными окнами размером 12 мкм и шагом Формируемые индиевые столбики мерных матричных фотон-электрон- 30 мкм, имеющие отрицательный про- необходимы для осуществления элек- фотонных модулей (3D М ФЭФ М), филь, как показано на рисунке 56. трического соединения матричных изготовленных на основе мезонин- оптоэлектронных СБИС VCSEL и МА/Ц ной платы с применением металлоке- Следующей операцией было напы- на соединяемых частях, а соединение рамических корпусов PGA с многока- ление на пластины с маской фоторе- указанных частей производится мето- нальными электрическими контактами зиста адгезионного молибден-никеле- дом перевёрнутого монтажа кристал- и металлическими корпусами-разъёма- вого подслоя толщиной 1000 А и слоя лов. ми для многоканальных оптических In толщиной 6…12 мкм, как показано линий связи. на рисунке 57. В следующей части будут рассмотре- ны конструкторские и технологические НОВОСТИ МИРА «Микрон» разрабатывает и производит Широту спектра использования RFID- ВЧ-, УВЧ-, дуально-частотные RFID-метки технологий в России подтвердил генераль- ОБЪЁМ РЫНКА РОБОЭДВАЙЗЕРОВ и комплексные решения для различных от- ный директор ООО «Технологии идентифи- С ИИ СОСТАВИТ $987 МЛРД раслей экономики. В метках используются кации» Игорь Попков. Его компанией разра- К 2020 ГОДУ микросхемы собственной разработки, что ботан RFID-датчик температуры, влажности гарантирует отсутствие любых недекла- и акселерометр для Росрезерва. Этот при- Объём рынка робоэдвайзеров – робо- рированных возможностей и обеспечива- бор зарегистрирован как средство измере- тизированных советников по управлению ет безопасность хранения и обработки ин- ния. Есть заказы датчиков температуры и финансами и имуществом, в работе кото- формации. влажности для учреждений культуры (на- рых используются только технологии искус- пример, для Эрмитажа). Разработан гиб- ственного интеллекта, – вырастет к 2022 го- RFID (англ. Radio Frequency Identification, кий температурный логгер для пищевой про- ду до $987 млрд. Таковы результаты ново- радиочастотная идентификация) – техноло- дукции. Пользуется спросом блок доступа го исследования Juniper Research. гия автоматической идентификации объ- проведённых в лабораториях исследова- ектов, при использовании которой посред- ний: УЗИ, рентген и т.д. Начальник RFID- Рассмотренные в отчёте полностью авто- ством радиосигналов считываются или за- лаборатории ПАО «Микрон» (портфельная матизированные роботизированные плат- писываются данные, хранящиеся в метках. компания УК «РОСНАНО» в 2009–2016 го- формы, управляемые ИИ, составят пример- дах) Алексей Маркин рассказал, что в 2018 но 25% от общего числа роботизированных www.mikron.ru году поставлена задача – сделать авиаба- помощников по управлению имуществом. гажную бирку и научиться персонализиро- На сегмент «гибридных» робоэдвайзеров RFID-МАРКИРОВКА ВЫХОДИТ вать метки в рулонах. к 2022 году придется 66% рынка. В РОССИИ НА НОВЫЕ РЫНКИ Ожидает роста заказов и объёмов про- Доверие потребителей будет играть фун- Состояние рынка RFID-технологий и изводства генеральный директор ООО даментальную роль в формировании рын- перспективы расширения их применения «РСТ-Инвент» (портфельная компания УК ка в течение указанного периода. Анали- в мире и в России обсудили участники ор- «РОСНАНО») Александр Гребенник. Так, тики полагают, что в ближайшее время ко- ганизованного Фондом инфраструктур- с 2018 года производители алкогольной личество сделок по слиянию и поглощению ных и образовательных программ тех- продукции обязаны будут вести поштуч- в этой отрасли существенно вырастет на нологического семинара «RFID: Россия ный учёт товара, что невозможно при суще- зрелых рынках, в том числе в США. В то в мире или мир в России?». В меропри- ствующей технологии штрих-кодирования. же время сильная конкуренция и высокая ятии приняли участие технический ди- На «РСТ-Инвент» был проведён успешный стоимость робоэдвайзеров – главные ба- ректор голландской компании Smartrac эксперимент по одновременной регистра- рьеры для развития рынка. Technology Франк Крибель, старший ме- ции индивидуально каждой из 720 бутылок неджер по развитию бизнеса бельгийской на одном поддоне, прошедшем через RFID- Новости Интернета вещей компании IMEC Holst Center Влатко Ми- портал на воротах. лошевски, директор по ИТ российско- RFID-РАЗРАБОТКИ «МИКРОНА» го представительства компании Adidas Наиболее масштабные RFID-проекты Эмиль Каримов, территориальный ди- реализуют ритейлеры одежды. Предста- ДЛЯ ЦИФРОВОЙ ЭКОНОМИКИ ректор по эксплуатации и безопасности вители российских подразделений Adidas 19 января 2018 года «Микрон» предста- компании Decathlon в России Николай и Decathlon рассказали, что вся поставля- Касьяненко. емая в их магазины продукция маркирует- вил свои разработки в области RFID на ся RFID-метками. технологическом семинаре «RFID: Россия Мировой рынок RFID-меток растёт на де- в мире или мир в России?», организован- сятки процентов в год. По данным IDTex, в Потенциал расширения рынка RFID ле- ном фондом инфраструктурных и образо- 2015 году было продано более 5,5 млрд ме- жит в распространении технологии на дру- вательных программ «РОСНАНО». ток, в 2016 году их число достигло 9,4 млрд. гой, в том числе некрупный бизнес, но для Примерно половину из этих меток потре- этого требуется переход к единым стан- Интерес к радиочастотной идентификации бляет ритейл, другими крупными рынками дартам. неуклонно растёт в связи с потребностью использования RFID являются логистика и в оптимизации различных процессов. Тех- здравоохранение. www.rusnano.com нологии RFID позволяют автоматизировать огромный спектр задач современного бизне- са, включая складской учет, логистику, мар- кетинг, производственные процессы, защи- ту от контрафакта и даже контроль доступа. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 27

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Использование векторного управления электродвигателями на транспорте Майкл Сайдл, Texas Instruments Перевод: Игорь Матешев ● надёжная работа и редкое техниче- ское обслуживание; Векторное управление электродвигателями, в отличие от обычных методов управления, обеспечивает точное задание скорости ● минимальный уровень шума; и момента. Это актуально для электродвигателей в автомобилях, ● низкие производственные затраты. электровелосипедах и прочих электротранспортных средствах. Обычно для векторного управления двигателем нужен датчик положения. Эти требования относятся как к тяго- Его наличие ограничивает возможности конструкторов и увеличивает вым электромоторам (например, двига- стоимость разработки. Но можно обойтись и без него. телям в колёсах), так и к моторам при- вода насосов, вентиляторов, стекло- подъёмников или усилителя руля. Лучшее решение задачи векторного стителями и стеклоподъёмниками, ПОВЫШЕНИЕ КПД управления – использование комплекса шторками и т.д. InstaSPIN-FOC от Texas Instruments, вме- ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ сте с программным алгоритмом FAST. Конечно, перспективный рынок Векторное управление – признанный Этот комплекс начального уровня мож- для электромоторов – это электро- но использовать для создания простых мобили. Речь идёт не только о транс- метод повышения КПД любых электро- и надёжных конструкций двигателей портных средствах на чистой электри- моторов, как тяговых, так и вспомога- с высоким КПД для любого электро- ческой тяге (BMW i3, VW e-UP и Opel тельных, используемых в автомобилях. транспорта. Ampera, Tesla и т.п.), но и об автомоби- Векторный метод управления имеет ряд лях с гибридными силовыми установ- преимуществ: Электромоторы стали неотъемле- ками (с двигателем внутреннего сгора- ● двигатели могут работать с оптималь- мой частью современных автомоби- ния, дополненным электродвигателем). лей (см. рис. 1). Сейчас на один авто- В коммерческом сегменте электродви- ными крутящим моментом и ско- мобиль среднего класса приходится гатели используются, в частности, для ростью в любой момент времени; в среднем 10 насосов и компрессоров электроавтобусов. ● происходит точная и быстрая регу- и около 40 электродвигателей в целом. лировка скоростных характеристик, В зависимости от списка дополни- ТРЕБОВАНИЯ что важно для устройств, часто под- тельного оборудования в автомоби- вергающихся динамическим измене- ле их количество может возрасти до К ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯМ ниям нагрузки (например, для насо- 100 штук. Например, в машинах преми- В АВТОМОБИЛЯХ сов или вентиляторов); ум-класса. Помимо водяных и топлив- ● уменьшение колебаний крутяще- ных насосов, электроприводы исполь- Электродвигатели, используемые го момента делает вращение мото- зуются для адаптивного управления в транспортных средствах, должны соот- ра более плавным. Это, в свою оче- подвеской, вентиляторами, компрес- ветствовать следующим требованиям: редь, уменьшает уровень шума, что на сорами, усилителем руля, стеклоочи- ● высокий КПД; электротранспорте особенно замет- ● малый размер и вес; но из-за отсутствия шумного двига- ● высокая прочность; теля внутреннего сгорания. Кроме того, более плавная работа двигате- Бензонасос Помпа ля уменьшает износ подшипников, что повышает надёжность агрегата. Адаптивная Насос бачка С другой стороны, векторное управ- подвеска с омывающей ление имеет и ряд недостатков. Наи- более существенный из них – необ- жидкостью ходимость использования датчика положения ротора. Он может быть как Вентилятор физическим, так и программным – эму- охлаждения ляцией датчика через сложное ПО. Дат- чик необходим для определения точ- Насос кондиционера Адаптивная ного положения ротора. Это позволяет подвеска создавать такое магнитное поле в стато- ре, которое обеспечит максимальный Рис. 1. Примеры применения электродвигателей в автомобилях крутящий момент. Однако из-за использования физи- ческих датчиков и программных наблюдателей затраты на создание узлов агрегатов возрастают, а также 28 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Режим ωref CTRL_run крутящего CTRL_setup момента User_Spd Traj Speed Spd Iq_ref Ramp PI out I Ref ω∼ q Iq V Vα_out T DRV_run User_I PI d Vβ_out a qRef I PWM Id Vq INV SVM T Driver User_I d_ref PI PARK b dRef FLASH/RAM I Tc ++ d θ∼ I d Iq PARK θ∼ EST_run θ∼ DRV_acqAdcint Iα_in I DRV_readAdcData Flux (Поток) ψ∼ ∼ Iβ_in CLARKE θ∼ I CLARKE a ADC Angle (Угол) ω∼ Driver Speed ∼τ rated I (Скорость) ψ∼ FASTTM Блок анализа b Torque ω∼ Flux, Angle, Speed, Torque Vα_in I (Момент) ∼τ Индикация параметров Vβ_in c мотора V a V b Vc Vbus ROM FLASH/ROM FLASH/RAM ∼ Включить PowerWarp R Включить идентификацию мотора ∼s Включить мгновенный пересчёт R R ∼r s L ∼ sd Включить режим установки заданного угла L Тип мотора ψ∼ratesqd ∼ I rated Рис. 2. Схема комплекса InstaSPIN-FOC увеличивается частота ошибок, осо- C2000 Piccolo, который имеет в своём Используя параметры различных дви- бенно в транспортных применениях. ПЗУ все решения для векторного управ- гателей и различные сценарии нагруз- Согласно данным голландского про- ления (см. рис. 2). ки, конструкторы получат представле- изводителя двигателей для электроав- ние о функциональности InstaSPIN- тобусов e-Traction, датчики векторных Благодаря InstaSPIN-FOC, FAST FOC и FAST-алгоритма в реальных систем управления оказались наибо- и С2000, разработчики могут за пару условиях. лее ненадёжной частью всей силовой минут настроить любой тип трёхфаз- установки. ного синхронного или асинхронного ОПТИМИЗАЦИЯ ЛЮБОГО ТИПА двигателя, изменяя скорость и нагруз- Традиционная реализация, в том ку. Соответствующее программное обе- ЭЛЕКТРОМОТОРОВ числе с наблюдателем со скользящим спечение было интегрировано Texas InstaSPIN-FOC (см. рис. 3) даёт мно- режимом, требует наличия у конструк- Instruments в ПЗУ микроконтроллера, торов большого опыта. К тому же соот- причём его цена входит в стоимость го преимуществ по сравнению с тради- ветствующие элементы управления контроллера. Texas Instruments пре- ционными методами (например, метод отличаются недостаточной стабиль- доставляет для разработчиков библи- с наблюдателем скользящего режима ностью на небольших скоростях. Это отеки управления электродвигателями Люенбергера). В частности, комплекс особенно неприятно во время фазы (модули, драйверы, справочные систе- позволяет легко разрабатывать надёж- ускорения и на низкоскоростных дви- мы и документация) в среде MotorWare ные электродвигатели прямого при- гателях. на основе последних веяний в области вода с низкой скоростью вращения объектно-ориентированного програм- и высоким моментом. Такие двигате- КОМПЛЕКС INSTASPIN-FOC мирования на C и API-кодирования. ли подходят для электровелосипедов, Специалисты могут использовать бес- мототележек для гольфа и электро- InstaSPIN-FOC был разработан ком- платный GUI-компоновщик для удоб- мопедов. Кроме того, такие двигате- панией Texas Instruments для реше- ной разработки графической среды, ли применяют в гибридных приводах ния задачи векторного управления которая подойдёт для лабораторных и электромобилях, а также на коммер- без использования датчиков. InstaSPIN- испытаний. ческой технике. Поскольку алгоритм FOC – комплекс, состоящий из про- FAST делает точные оценки магнитного граммного алгоритма FAST (Flux, Angle, Кроме того, в пакет входит бес- потока, угла ротора, скорости и крутя- Speed, Torque, то есть поток, угол, ско- платный инструмент моделирования щего момента на всём временном про- рость, момент), заменяющего физи- InstaSPIN для интерактивного онлайн- межутке, то зачастую можно отказаться ческий датчик, и микроконтроллера моделирования работы InstaSPIN-FOC. от датчиков положения вала. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 29

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ InstaSPIN-FOC Причина, по которой компания e-Traction выбрала InstaSPIN-FOC, в том, Отслеживание Декабрь, 2012 что комплекс позволяет обеспечить по отличительным желаемый крутящий момент немедлен- параметрам но после запуска. К тому же практика показала, что использование системы Прямое управление моментом без физического датчика положитель- но сказывается на её надёжности и без- Наблюдатели скользящего режима опасности. Да и сложных калибровок система не требует. Линейные наблюдатели Электроприводы, основанные на век- Бессенсорная коммутация торном управлении без датчика, могут применяться для многих вспомога- 1970 1980 1990 2000 2010 тельных механизмов. К ним относятся и помощники для пожилых и инвали- Рис. 3. Эволюция технологии бессенсорного привода дов, облегчающие передвижения людей и подъём по лестницам. Они востребо- Комплекс InstaSPIN-FOC доступен для ющие системы могут вносить в сигнал ваны в электроскутерах, инвалидных микроконтроллеров Piccolo F2806xF на значительные искажения (шумы и т.п.). колясках, тележках для гольфа и элек- 90 МГц / 32 бита с плавающей точкой трических мотоциклах. Рынок элек- и для бюджетной серии Piccolo F2802xF. ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМЫ тродвигателей для таких компактных применений не меньше, чем рынок Двигатели, с которыми работает В ЭЛЕКТРОМОБИЛЯХ моторов для электромобилей и ком- InstaSPIN-FOC: И ЭЛЕКТРОВЕЛОСИПЕДАХ мерческого электротранспорта. ● бесщёточные двигатели постоянно- InstaSPIN-FOC с алгоритмом FAST INSTASPIN-FOC MOTION – го тока (BLDC); и средой PowerWarp хорошо подхо- ● вентильные двигатели (PMSM); дит для моторов с высоким крутящим СИСТЕМА КОНТРОЛЯ СКОРОСТИ ● бесщёточные двигатели с внутренни- моментом при низких оборотах дви- Электродвигатели с комплексом гателя. В частности, для электромоби- ми постоянными магнитами (IPM); лей и электровелосипедов. Например, InstaSPIN-FOC должны эффективно ● асинхронные электродвигатели комплекс InstaSPIN-FOC для двигателей и безотказно управлять скоростью, своих велосипедов использует компа- чтобы демпфировать резкие ускорения переменного тока (ACIM); ния Royal Dutch Gazelle. Обычные блоки и неравномерное движение электро- ● шаговые электродвигатели (скоро). управления без датчиков не могут обе- транспорта. Система InstaSPIN-Motion – спечить требуемого крутящего момента бессенсорное решение для устройств, ПОВЫШЕНИЕ на скоростях ниже 3–4 км/ч, а InstaSPIN- требующих точного контроля скорости FOC обеспечивает его сразу после стар- и надёжной плавной работы. С помо- ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ та. Компании Royal Dutch Gazelle, по щью InstaSPIN-Motion жёсткость систе- И СОКРАЩЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА словам её специалистов, удалось значи- мы привода может быть настроена во КОМПОНЕНТОВ тельно сократить и сроки разработки, всём рабочем диапазоне, с использова- что стало ещё одним преимуществом нием полосы пропускания в качестве На энергопотребление положитель- решения от Texas Instruments. Благо- единственной переменной (см. рис. 4). но влияет и то, что информация об угле даря этому разработчикам велосипе- Дополнительные области применения – поворота оси сохраняется даже тог- дов удалось сосредоточиться на дру- устройства, в которых постоянно про- да, когда скорость ротора значитель- гих задачах, в частности, на оптимиза- исходят динамические изменения. но ниже 60 об/мин–1, когда крутящий ции управления батареей. момент максимальный, когда направ- Дополнительный компонент Insta- ление вращения меняется или когда Голландская компания E-Traction SPIN-Motion – SpinTAC, разработан- двигатель глохнет, а затем немедленно производит приводы, электродвигате- ный компанией LineStream Technologies, запускается. Стартёрные режимы, зало- ли и дополнительные компоненты для Inc., – обеспечивает надёжное динами- женные в InstaSPIN-FOC, обеспечивают электрических транспортных средств ческое управление при любых скоро- определение угла ротора менее чем за (в том числе и городских автобусов). стях и нагрузках электропривода. Мак- один электрический цикл. Это важно Прямой привод серии The Wheel, раз- симальной точности SpinTAC достигает, для автомобилей, оснащённых систе- работанный компанией с использова- используя момент инерции. Калькуля- мой Старт/стоп, или чисто электриче- нием комплекта от Texas Instruments, тор инерции автоматически определя- ских транспортных средств, посколь- обеспечивает крутящий момент между ет её через обратную связь с работаю- ку так двигатель запускается без каких- 800 и 10000 Нм. Кроме того, e-Traction щим электродвигателем. либо проблем. использует InstaSPIN-FOC для насо- сов, компрессоров и стартёр-генера- На выходе SpinTAC выдаёт три типа Ещё одно преимущество состоит торов на основе асинхронных двига- кривых (см. рис. 5). Использование их в том, что для InstaSPIN-FOC не нужна телей, а также для синхронных двига- обеспечивает дополнительную плав- сложная проводка. В устройствах, где телей в ступицах колёс. ность режимов: InstaSPIN-Motion под- применяется механический датчик, бирает скорость для получения обрат- зачастую требуется прокладка длин- ной связи, которая может варьировать- ного экранированного кабеля. Если не ся от очень мягкой до очень жёсткой. обеспечить защиту от помех, то окружа- 30 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Сигналы Трапециевидные S-кривые ST-кривые Скорость Непрерывный Гладкий Гладкий Непрерывный 0 0 0 Ограниченный Ускорение Ограниченный Гладкий 00 00 00 Рывок 0 Н/Д 0 0 Непрерывный 0 0 Рис. 4. Настройка жёсткости системы привода 0 с помощью InstaSPIN-Motion Рис. 5. Три типа кривых SpinTAC Этот единый коэффициент усиле- может быть реализован для самока- Основная экономия достигается ния регулятора (полоса пропускания) та, предназначенного для пожилых в диапазоне частичной нагрузки. При работает во всём диапазоне скорости людей, в то время как более агрессив- полной нагрузке много сэкономить не и нагрузки, благодаря чему, в отличие ные настройки подойдут для спортив- удастся. Но поскольку большинство дви- от ПИД-регулирования по многим пере- ных автомобилей, электронных скуте- гателей редко работают в условиях пол- менным, времени на настройку уходит ров или электромотоциклов. ной нагрузки, PowerWarp позволит меньше, поскольку эти системы часто существенно уменьшить энергозатраты. требуют десятка (а то и больше) коэф- При использовании InstaSPIN-Motion фициентов скоростей и нагрузочных вместе с SpinTAC имитируется поведе- InstaSPIN-FOC – жизнеспособная аль- коэффициентов для того, чтобы охва- ние двигателя внутреннего сгорания тернатива традиционным технологиям. тить весь спектр возможных динами- (плавное, постепенное увеличение Особенно она пригодится конструкто- ческих условий. крутящего момента) в электрическом рам систем управления асинхронными транспортном средстве. В свою оче- электромоторами переменного тока. ХАРАКТЕРИСТИКИ РАБОТЫ редь, такая имитация упростит воспри- Этот тип мотора соответствует всем ятие электромобилей водителями тра- требованиям, предъявляемым электро- ТРАНСМИССИИ диционных автомобилей. двигателям для транспорта: надёжность SpinTAC также упрощает переключе- и длительный срок службы, невысокая ИСПОЛЬЗОВАНИЕ POWERWARP стоимость, экономия материалов при ние между передачами. В отличие от ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ КПД производстве. табличных алгоритмов, SpinTAC, для достижения плавного, подстраивае- Алгоритм PowerWarp программ- ЗАКЛЮЧЕНИЕ мого перехода между двумя передача- ного обеспечения в InstaSPIN-FOC ми, использует процессор. можно использовать для повышения Векторные методы управления без КПД асинхронных электродвигателей датчиков, в частности InstaSPIN-FOC, SpinTAC автоматически создаёт опти- переменного тока, особенно при низ- имеют значительные преимущества мальную кривую, подходящую требо- ких нагрузках. PowerWarp позволяет по сравнению с сенсорными реше- ваниям заказчика по настройке транс- динамически сбалансировать крутя- ниями. Особенно это относится к сег- миссии и к ограничениям ускорения щий момент и скорость, что сохра- менту электромобилей. Надёжность для типа кривой, заложенной конструк- нит стабильность системы управле- и максимальный крутящий момент на торами: ния. Принцип основан на снижении любых оборотах – важные факторы для ● стандартная криволинейная трапе- потерь в обмотке статора и ротора электрических транспортных средств двигателя. Как показали испытания и двигателей, используемых в компрес- ция (постоянное ускорение, без огра- Texas Instruments, при использова- сорах, насосах и системах кондициони- ничения рывка); нии алгоритма PowerWarp потребле- рования воздуха. Благодаря InstaSPIN- ● S-кривая (плавное, ограниченное ние энергии асинхронными привода- FOC векторное управление без датчи- ускорение); ми переменного тока можно снизить ков стало доступным и для них. ● ST-кривые, разработанные LineStream на 28%. Это важно для электромо- (очень плавное, постоянное уско- билей, например для Tesla (модели ЛИТЕРАТУРА рение). Tesla Motors оснащаются трёхфазны- На основании данных или кривых ми асинхронными двигателями пере- 1. www.automotive-eetimes.com/content/ конструкторы могут настроить пере- менного тока). using-field-oriented-control-electric-drives- ключение между двумя передачами. vehicles. Например, более плавный переход НОВОСТИ МИРА частотном и в ультравысокочастотном ди- антенной и металлической поверхностью из- апазонах. делия. В ВЧ-метках использовался ферромаг- «МИКРОН» ОСВОИЛ нетик, препятствующий распространению элек- Для нейтрализации негативного эффекта тромагнитных волн. Таким образом была до- МАРКИРОВКУ МЕТАЛЛА металла в УВЧ-метках был применён специ- стигнута устойчивая работа всех типов меток, «Микрон» завершил разработку, тести- альный уплотнитель из вспененного полиэ- подтверждённая лабораторными испытаниями. тилена, который обеспечил необходимое для рование и начал серийное производство работоспособности метки расстояние между www.mikron.ru RFID-меток для маркировки металличе- ских изделий. Метки выпускаются в четы- рёх форм-факторах для работы в высоко- СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 31

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Техническая сторона управления освещением: световые сценарии в бытовом сегменте рынка Андрей Коноплёв, JUNG Одна из простейших схем управ- ления – использование схемы 1–10 В Управление освещением – важный элемент энергоменеджмента (см. рис. 1). Например, если на управля- в современном доме или офисе. Оно может быть реализовано ющий контакт подаётся 10 В, лампочка различными способами. Самый удобный из них подразумевает светится с максимальной яркостью. При использование современных технологий, которые позволяют создать 5 В на входе происходит затемнение на единообразную систему управления, расширять и дополнять её 50%, а 1 В означает, что свет должен быть по требованию. Такой подход делает жизнь комфортнее и помогает на уровне 10%. Надо сказать, что 10-воль- экономить значительную часть электроэнергии. товая схема управления яркостью света используется достаточно часто, особен- Современные технологии позволяют ки расхожему мнению, состоящему в но если речь идёт о несложных и недо- управлять любыми устройствами, и кон- том, что диммировать можно толь- рогих системах освещения. троль освещения можно считать одним ко лампы накаливания, современные из основных элементов энергоменед- технологии позволяют диммировать Более гибкие возможности для управ- жмента. Даже не внедряя систему «умного любые лампы. Старый метод реостатно- ления светом предоставляет такая дома», можно реализовать различные схе- го диммирования, когда на контактах система, как DALI. DALI представля- мы управления светом, которые настраи- просто понижается напряжение, уже не ет собой более доступное и популяр- вают освещение в соответствии со сцена- используется в современных системах. ное решение для домашних и офис- риями использования помещения. Вместо этого для двухконтактных ламп ных задач. В частности, светодиодные применяется диммирование со сдвигом лампы с использованием DALI могут В простейшем случае свет можно или отсечкой фазы. Такой метод сра- менять яркость очень плавно. За счёт включать и выключать. Нередко про- батывает в том числе с галогенными, управления свечением светодиодов с стая лампочка устанавливается в паре с энергоэкономичными и светодиодны- высокой частотой (вплоть до 4–8 кГц) детектором движения – как только объ- ми лампами. Технологически новые можно обеспечить выбор уровня осве- ект попадает в зону действия инфра- лампы на светодиодах требуют ино- щения с точностью до долей процен- красного датчика, свет включается и го подхода, но привязанность людей тов: в некоторые промежутки времени отключается через 30–40 секунд – точ- к стандартным люстрам и торшерам, светодиод просто не будет гореть, при- ное время, как правило, можно настро- оснащённым двухконтактными цоко- чём совершенно незаметно для челове- ить на датчике движения. лями, заставляет производителей адап- ческого глаза, который не распознаёт тироваться и реализовывать в лампах с мерцание на частоте выше 60 Гц. Более продвинутая схема подразуме- двухконтактами механизмами измене- вает диммирование освещения. Вопре- ния интенсивности света в зависимо- KNX КАК ОСНОВА сти от сдвига или отсечки фазы. Важ- L1 но также учитывать, что светодиодные ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ СВЕТОМ L2 лампы и светильники должны димми- Впрочем, какая бы схема контроля роваться по определённому стандарту L3 и в зависимости от диммируемой све- освещения не использовалась, для осна- N тодиодной лампы должен подбираться щения всего дома или квартиры систе- диммер. Не стоит забывать, что свето- мой управления светом удобнее все- диодами управлять сложнее, чем гало- го оказываются стандартизированные генными или лампами накаливания. решения. Самым ярким примером такой технологии является KNX (см. рис. 2). LN LN DALI И ДРУГИЕ ТЕХНОЛОГИИ Чтобы подключить источники света к A1 A2 единой системе управления, достаточно ДИММИРОВАНИЯ наличия двухжильной проводки в доме A1 A2 Самые современные светодиодные (её роль может выполнять даже пожар- ная сигнализация, хотя официально ALL OFF светильники могут менять интенсив- рекомендуется использовать сертифи- ON/ OFF/ ность свечения за счёт цифрового цированный KNX-кабель). Для управле- управления. Для этого используются ния каждым светильником устанавлива- LN не 2-, а 4-контактные цоколи, когда два ется реле, а его включение происходит контакта обеспечивают подачу напря- при помощи цифровой кнопки или дим- BUS жения, а другие два являются управля- мера. Наличие блока управления позво- Рис. 1. 1–10 В схема управления освещением ющими. Контроль яркости освеще- ляет запрограммировать каждый выклю- ния в данном случае осуществляется чатель на работу с определённой лам- путём подачи команды на электрон- пой или группой ламп, а также создать ный модуль светильника. общие правила включения/выключе- ния или диммирования света (см. рис. 3). 32 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ Преимущество шины KNX заключает- N AC 230 B ~ L L ся в том, что в ассоциацию KNX входит L N ЭПРА с N ЭПРА с более 500 компаний – профессиональ- ных производителей средств освеще- Регулятор регулятором регулятором ния, климатических решений и других 1–10 В + 1–10 В + 1–10 В электронных систем. Таким образом, − − стандарт KNX позволяет устанавли- +− вать систему управления светом, обо- гревом, охлаждением и энергоснабже- Рис. 2. KNX 1–10 В схема управления освещением нием любых объектов дома или в офи- се, не привязываясь к решениям одного могут включить или выключить освеще- L1 производителя. ние с той стороны, с которой им удобно. L2 L3 Специальные расширения для систе- Впрочем, нельзя забывать о такой N мы KNX позволяют использовать в полезной функции, как фоновое осве- качестве пульта управления светом щение. Для него совершенно необяза- N разнообразные проводные и беспро- тельно устанавливать дополнительные +N водные выключатели, а также смарт- светильники. Вместо этого эффект дим- − фоны и планшеты, если на них уста- мирования позволяет не выключать новлено фирменное приложение свет полностью, оставив 10–15% ярко- L одного из производителей электро- сти. Такой вариант прекрасно подходит ники, совместимой с KNX. Более того, для гостиной или кухни, когда при вхо- 1–L1,0 В схемы управления светом могут быть де человека свет включается в фоновом настроены специалистами при уста- режиме, а при нажатии на выключатель + −+−+−+− новке оборудования, а использование разгорается полностью. разнообразных датчиков: освещённо- A1 A2 A3 A4 сти, движения, присутствия, темпера- Наконец, через шину KNX можно туры – позволяет сделать регулиров- управлять и силовыми установками, A1 OFF A2 OFF A3 OFF A4 OFF ку света адаптивной, подстраиваться например системой отопления или ON ON ON ON к условиям окружающей среды. кондиционирования. С кондицио- нером всё просто: если вы выберете KNX СЦЕНАРИИ РАБОТЫ модель, которая совместима с внеш- ними модулями управления, то устрой- Рис. 3. KNX-диммирование С ОСВЕЩЕНИЕМ ство можно будет встроить в систему В данном материале мы не будем «умного дома» и включать его на пол- ной программе и с учётом необходимой ную мощность только тогда, когда в температуры в помещении. говорить о музыкальных возможно- комнатах есть кто-то из членов семьи. стях DMX или о настройке кондицио- Интересный вариант для загородного РЕШЕНИЕ НА ПЕРСПЕКТИВУ нирования в офисах для каждого рабо- дома – включение кондиционера дис- чего места, хотя это также возможно танционно, через смартфон. За два Способов применить систему управ- сделать на базе KNX, а сфокусируемся часа до приезда летом можно вклю- ления электроэнергией существует на управлении светом и энергоснабже- чить охлаждение, а зимой – обогрев. очень много, и каждый может при- нием в бытовых условиях – в частных думать наиболее подходящую схе- квартирах и домах. Самый большой экономический му именно для его дома. Но какой бы эффект управление энергоснабжени- сценарий управления светом ни был Точное диммирование света вме- ем даёт в применении к системам ото- выбран изначально, использование сте с датчиком освещённости позво- пления. Сегодня всё чаще используется стандартной шины KNX позволит в ляет подбирать оптимальную яркость тёплый пол, подключённый к датчику любой момент подключить допол- ламп в соответствии с уличным светом. присутствия. Например, когда человек нительные устройства, интегриро- Например, освещение в детской комна- находится в ванной, пол нагревается до вать вашу систему с «умным домом» те может постепенно увеличиваться по +32°С, а когда ванная пуста – только до или дополнить её новыми датчиками. мере того, как солнце уходит за гори- +25°С. Это позволяет быстро достичь В любом случае, выбирая стандарти- зонт, чтобы обеспечить оптимальную нужной температуры, но при этом эко- зированное решение, вы не окажетесь освещённость для здоровья глаз. номить электроэнергию. Управлять в будущем заложником определённой можно и централизованным отоплени- технологии или продуктов одного вен- Для управления освещением на улице ем, если поставить на батареи электрон- дора. И это большой плюс, учитывая, можно использовать различные пульты ные клапаны. При наличии термостата как много новых интересных решений управления – от беспроводных моду- с помощью центральной шины можно появляется на рынке каждый год. лей до смартфонов и планшетов. Также автоматически варьировать поток горя- уличный свет, подключённый к шине чей воды через батарею согласно задан- KNX, можно включать или выключать автоматически, когда заходит солнце. Свет в холле или на лестнице может включаться и выключаться из разных точек. Для этого можно использовать проводные и беспроводные выключате- ли – главное, что люди, попадая в холл, СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 33

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ НОВОСТИ МИРА теристиками платформы «Эльбрус» и уни- кропроцессоров «Эльбрус-4С», имеются кальными функциональными особенностя- опытные образцы серверов на базе микро- «РЭЙДИКС» ВЫПУСТИЛА ми ПО RAIDIX. процессора «Эльбрус-8С». Серверы ПАО УПРАВЛЯЮЩЕЕ ПО «ИНЭУМ им. И.С. Брука» могут быть ис- ДЛЯ «ЭЛЬБРУС-8С» Микросхема «Эльбрус-4С» является пользованы в качестве контроллеров СХД, высокопроизводительным микропроцес- а также серверов приложений, серверов баз Компания «Рэйдикс» выпустила спе- сором общего назначения для настоль- данных и в других серверных применениях. циальную версию управляющего ПО ных и серверных применений, содержит RAIDIX для вычислительных комплексов 4 ядра архитектуры «Эльбрус» 3-го поко- Технология RAIDIX позволяет строить на базе микропроцессоров «Эльбрус-4С» ления с тактовой частотой до 800 МГц, по- системы хранения данных на базе сер- (1891ВМ8Я) и «Эльбрус-8С» (1891ВМ10Я), зволяет выполнять до 23 операций за один веров с процессорами «Эльбрус-4С» и адаптированных для серверов производства такт на каждом из ядер. Микропроцессор «Эльбрус-8С», обеспечивает высокую до- ПАО «ИНЭУМ им. И.С. Брука». Комплекс- «Эльбрус-8С» – основа для многопроцес- ступность данных, поддерживает протоко- ное решение для хранения данных включа- сорных серверов и рабочих станций, требо- лы SAN (Fibre Channel, InfiniBand, iSCSI, ет в себя программную технологию RAIDIX, вательных к скорости обработки и переда- 12G SAS) и NAS (NFS, SMB, AFP, FTP). внесённую в реестр Минкомсвязи, и отече- чи информации. Микросхема «Эльбрус-8С» RAIDIX поддерживает одноконтроллер- ственную программно-аппаратную платфор- является высокопроизводительным микро- ный и двухконтроллерный режимы рабо- му «Эльбрус», разработанную АО «МЦСТ», процессором общего назначения сервер- ты системы. При двухконтроллерном ре- обеспечивающую технологическую незави- ного класса, содержит 8 ядер архитекту- жиме работы оба узла активны, работают симость, информационную безопасность и ры «Эльбрус» 4-го поколения с тактовой одновременно и имеют доступ к единому высокий уровень производительности. частотой до 1300 МГц, позволяет выпол- набору дисков. нять до 25 операций за один такт на каж- Системы на базе микропроцессоров дом из ядер. RAIDIX обеспечивает непрерывность «Эльбрус» используют новейшие дости- доступа к данным и высокую степень жения российской микроэлектроники, обе- ПАО «ИНЭУМ им. И.С. Брука» разраба- отказоустойчивости за счёт дублиро- спечивают безопасное хранение критичных тывает и производит многопроцессорные вания узлов (материнских плат, моду- данных и активно внедряются в государ- серверы на базе микропроцессоров «Эль- лей кэш-памяти, блоков питания, SAS- ственных и силовых структурах, научно-ис- брус» различных поколений. Разработаны и контроллеров, системных дисков) и ду- следовательских центрах и др. Надёжность серийно выпускаются серверы на базе ми- блирования каналов подключения к и отказоустойчивость российской СХД обе- спечиваются высокими техническими харак- Реклама ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР WWW.PROSOFT.RU 34 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ дискам (оба узла подключены к едино- ность на операциях вычисления кодов нее, чем производство кристаллов для му набору дисков). коррекции ошибок RAID; отдельный Apple. Аналитик Nomura International стек вызовов, дающий преимущества Аарон Дженг (Aaron Jeng) считает, что RAIDIX поддерживает до 64 дисков в с точки зрения информационной без- в 2018 году рынок криптовалют может RAID-массиве и до 600 дисков в одной си- опасности; сформировать 10% доходов TSMC (про- стеме хранения данных. ● операционная система «Эльбрус», оп- тив 5% в прошлом году), став самым тимизированная для процессоров «Эль- большим фактором роста производства Клиентами СХД RAIDIX могут выступать брус» и обеспечивающая высокий уро- микрочипов. ключевые операционные системы (Mас OS, вень информационной защищённости; Microsoft Windows Server, Microsoft Windows, ● высокая неснижаемая производитель- В 2017 году заказы Apple формировали Red Hat Linux, SuSE, ALT Linux, Cent OS ность системы даже в случае отказа не- примерно пятую часть доходов тайваньского Linux, Ubuntu Linux; Solaris 10) и платформы скольких дисков массива благодаря эф- полупроводникового производства. Спрос виртуализации (VMware ESX, KVM, RHEV, фективной параллелизации вычислений на смартфоны Apple и других производи- Microsoft Hyper-V Server, XenServer), RAIDIX RAID; телей, особенно в Китае, привёл с начала обеспечивает возможность установки ре- ● отказоустойчивость в двухконтроллер- 2016 года к росту курса акций TSMC на 69%, сурсоёмких профессиональных и корпора- ном режиме; однако в настоящее время рынок смартфо- тивных приложений непосредственно на ● универсальная совместимость с опера- нов насыщен (поставки в Китае снизились узел хранения. ционными системами и файловыми си- в 2017 году на 12%). стемами. Патентованные алгоритмы RAIDIX При этом на фоне падения спроса на (уровни RAID 7.3, RAID N+M, упрежда- Пресс-служба «Рэйдикс» смартфоны доходы TSMC выросли на ющая и частичная реконструкция, ме- 25% – во многом из-за увеличения зака- ханизм поиска и устранения скрытых МАЙНИНГ КРИПТОВАЛЮТЫ зов на графические ускорители и специ- ошибок и др.) позволяют достичь опти- ализированные процессоры для майнин- мальной скорости расчётов и производи- УЧАСТВУЕТ В РОСТЕ ДОХОДОВ га. По словам исполнительного директора тельности при последовательных и слу- TSMC Марка Лю (Mark Liu), сектор майнин- чайных нагрузках. TSMC га криптовалют в 2017 году принёс только в третьем квартале 2017 года от $350 до Среди технических особенностей реше- По мнению некоторых аналитиков, для $400 млн (т.е. 4–5%). ния на платформе «Эльбрус» и RAIDIX: крупнейшего контрактного производите- ● собственная система команд процессо- ля чипов, тайваньской TSMC, рынок май- 3DNEWS со ссылкой на Bloomberg нинга может в будущем оказаться важ- ра «Эльбрус»; высокая производитель- МОСКВА САНКТ-ПЕТЕРБУРГ ЕКАТЕРИНБУРГ Реклама (495) 234-0636 (812) 448-0444 (343) 376-2820 [email protected] [email protected] [email protected] СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 35

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Современные 32-разрядные ARM-микроконтроллеры серии STM32: программный инструмент для настройки синхронизации микроконтроллеров STM32 Олег Вальпа ([email protected]) В некоторых проектах файл с исходны- ми параметрами по умолчанию имеет В статье приведено описание программного инструмента Clock название system_stm32f0xx_temp.c. configuration tool для быстрой и удобной настройки синхронизации микроконтроллеров серии STM32 от компании STMicroelectronics. Рассмотрим использование опи- сываемого инструмента на приме- ВВЕДЕНИЕ генерировать программный код на язы- ре микроконтроллеров семейства ке Си. Данный инструмент представля- STM32F4. После открытия файла При создании программ для микро- ет собой файл формата .xls с макроса- STM32F4xx_Clock_Configuration_V1.1.0.xls контроллеров серии STM32 [1] основ- ми. с помощью программы Excel необходи- ной трудностью является настрой- мо разрешить работу макросов. Внеш- ка блока синхронизации. Связано Программный инструмент Clock ний вид программного инструмента это с большим количеством изменяе- configuration tool можно загрузить с приведён на рисунке 1. мых параметров, к которым относят- сайта компании STmikroelectronics [1] ся частоты генераторов, шин и пери- для микроконтроллеров следующих Кнопка View позволяет отображать ферии, коэффициенты деления и т.д. семейств: STM32F0xx, STM32F2xx, вид блока синхронизации в полно- Кроме того, необходимо знать диапа- STM32F30x31x, STM32F37x38x, экранном формате. зоны изменения всех этих параметров. STM32F40x41x и STM32L1xx. Далее можно выбрать режим конфи- Разработчики микроконтроллеров Инструмент позволяет вручную гурирования: Wizard (мастер подска- серии STM32 учли данное обстоятель- выбрать источник системной тактовой зок) или Expert (эксперт). ство и создали специальный программ- частоты SYSCLK, а также подобрать все ный инструмент Clock configuration необходимые коэффициенты предвари- После нажатия программной кноп- tool, позволяющий значительно упро- тельных делителей и умножителей PLL. ки Run инструмент предложит выбрать стить процедуру настройки блока син- В результате работы инструмента будет источник тактирования системы, как хронизации своих микроконтроллеров создан готовый файл, включающий в показано на рисунке 2. и правильно настроить тактирование себя код программы с необходимыми системы. настройками блока синхронизации. Среди предложенных вариантов при- Название генерируемого файла зави- сутствуют следующие: HIS – внутрен- ОПИСАНИЕ ПРОГРАММНОГО сит от семейства микроконтроллеров – ний RC-генератор, PLL (HSI) – вну- например, system_stm32f37x.c, system_ тренний RC-генератор с умножением ИНСТРУМЕНТА stm32f4xx.c и т.п. Полученный файл частоты, PLL (HSE) – внешний кварце- Программный инструмент Clock необходим для замены идентичного вый генератор с умножением частоты. файла с исходными параметрами, нахо- configuration tool обеспечивает визу- дящегося в каталоге cmsis_boot проекта. После выбора источника тактиро- альную графическую подготовку пара- вания необходимо ввести некото- метров синхронизации и позволяет рые параметры конфигурации систе- мы, такие как входная частота (при использовании внешнего кварцевого резонатора или генератора), частота тактирования ядра, делители частоты тактирования шин периферии, рабо- та буфера выборки команд и др., после чего, нажав на кнопку Generate, полу- чим файл system_stm32f4xx.c в рабочем каталоге, содержащий готовый код про- граммы с настройками блока синхро- низации. Рис. 1. Внешний вид инструмента WWW.SOEL.RU Рис. 2. Окно выбора источника тактирования СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 36

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ В случае если вводимые параметры ● I2S Integrated interchip sound – спе- ● RTC Real Time Clock – часы реально- приводят к тому, что результат выхо- циальная шина для обмена звуковы- го времени; дит за допустимые пределы, инстру- ми данными; мент сообщит об этом. Сбросить все ● RTCCLK – тактовая частота RTC; введённые данные можно нажатием ● I2SCLK – тактовая частота шины I2S; ● SDIO Secure digital input/output программной кнопки Reset. ● MCLK – главная тактовая частота; ● HCLK – тактовая частота шины AHB, interface – интерфейс карт памяти SD; Для справки ниже приведены рас- ● SYSCLK – системная тактовая частота; шифровка и перевод всех сокращений, она же тактовая частота CPU; ● TIMCLK – тактовая частота таймера; используемых в программном инстру- ● HSE High-speed external clock – высо- ● USB on-the-go – интерфейс USB, кото- менте: ● AHB Advanced Hardware Bus – вну- коскоростная внешняя тактовая ча- рый может работать и как интерфейс стота; хоста USB, и как интерфейс устрой- тренняя аппаратная шина для обме- ● HSI High-speed internal clock – высо- ства USB; на данными; коскоростная внутренняя тактовая ● USBHS USB High Speed – высокоско- ● APB Advanced Peripheral Bus – внутрен- частота; ростной интерфейс USB; няя шина для доступа к периферии; ● PCLK1, PCLK2 – тактовые частоты ● USB OTG FS – интерфейс USB on-the- ● APB1, APB2 – мосты для доступа к ши- шин APB1, APB2 соответственно; go на полной скорости full-speed; не APB; ● PHY – физический интерфейс ● VDD – напряжение питания. ● CPU Central Processor Unit – ядро ми- Ethernet; Использование описанного про- кроконтроллера Cortex-M4; ● PLL Phase Locked Loop – фазовая ав- граммного инструмента позволяет не ● Ethernet MAC – интерфейс локальной томатическая подстройка частоты только экономить время на создание сети Ethernet; ФАПЧ; программы, но и избавляет разработ- ● Ext.Clock – внешняя тактовая частота; ● PLLCLK – тактовая частота PLL; чика от возможных логических и син- ● FCPU – тактовая частота Cortex-M4; ● PTP Precision time protocol – точный таксических ошибок. ● FS Sampling frequency – частота вы- протокол времени; борки; ● RNG Random number generator – ге- ЛИТЕРАТУРА нератор случайных чисел; 1. www.st.com НОВОСТИ МИРА Кроме того, предприятие намерено осво- Помимо настольного использования, при- ить серийное производство больших ИС с бор может применяться и для решения задач ФРП ПРЕДОСТАВИЛ проектными нормами 500 нм для любых ис- в полевых условиях. Так, вес FPL1000 со- ЗАО «ГРУППА КРЕМНИЙ ЭЛ» точников вторичного электропитания, при- ставляет не более 8 кг, а в комплект постав- ЗАЁМ В 200 МЛН РУБЛЕЙ меняемых в телевизорах, холодильниках, ки могут опционально входить сумка для пе- стиральных машинах и другой технике. реноски и встроенный аккумулятор питания. НА МОДЕРНИЗАЦИЮ Планируемый объём выпуска изделий в Что касается технических характеристик и ПРОИЗВОДСТВА ЭК корпусах для поверхностного монтажа после функциональных возможностей, то заложенный реализации проекта – 15 млн изделий в год. в прибор потенциал покрывает большую часть Фонд развития промышленности (ФРП) повседневных задач как разработчиков, так и предоставил льготный заём ЗАО «Группа 27 декабря 2017 года на заседании инве- производственных или сервисных инженеров. Кремний ЭЛ» (г. Брянск) на 200 млн рублей стиционного совета при губернаторе Алексан- по программе «Конверсия». Соответствую- дре Богомазе одобрено предоставление нало- R&S®FPL1000 обладает частотным диа- щий договор подписан 26 декабря 2017 года. говых льгот в рамках регионального бюджета. пазоном от 5 кГц до 3 ГГц, типовым значе- нием фазового шума 108 дБн/Гц (на 1 ГГц Средства пойдут на реализацию проек- Реализация проекта позволит ЗАО «Груп- при 10 кГц отстройки) и уровнем собствен- та по модернизации существующего произ- па Кремний ЭЛ» получить новые рынки сбы- ного шума (DANL) 167 дБм (1 Гц). водства интегральных микросхем, транзи- та, улучшить характеристики и потребитель- сторов и диодов с целью уменьшения про- ские свойства уже выпускаемых изделий и Набор автоматически измеряемых параме- ектных норм при серийном производстве с снизить их себестоимость. тров включает в себя такие характеристики, как: 700 до 500 нм и освоения новых малогаба- ● измерение мощности в канале (CP); ритных металлополимерных корпусов. Об- Своими приборами брянская компания ● измерение утечки мощности из соседне- щая стоимость проекта – 400 млн рублей. планирует заместить более 250 зарубежных аналогов и занять до 40% российского рынка. го канала (ACLR); Его реализация началась в 2016 году; в ● соотношение сигнал/шум; 2018 году планируется приобрести и запустить www.group-kremny.ru ● измерение побочных излучений и гармо- оборудование, а также выпустить опытные об- разцы для поверхностного монтажа, со второго НОВЫЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА нических искажений; квартала 2019 года – начать серийное произ- ● измерение точки пересечения 3-го по- водство. Возврат займа – 4-й квартал 2022 года. С БОЛЬШИМИ ВОЗМОЖНОСТЯМИ рядка (TOI); В результате реализации проекта плани- R&S®FPL1000 ● измерение глубины AM-модуляции. руется освоить производство интегральных микросхем (ИС) линейных стабилизаторов Компания Rohde&Schwarz представила Опционально могут быть представлены напряжения, супервизоров вторичного элек- новый анализатор спектра FPL1000. функции измерения коэффициента шума тропитания, маломощных транзисторов, ди- и усиления, а также возможность анализа одов и диодных мостов в малогабаритных Прибор имеет очень компактные размеры. аналоговой и цифровой модуляций в поло- корпусах для мобильных телефонов, ноут- 10,1′′ цветной сенсорный экран упрощает управ- се до 40 МГц. буков, цифровых фотоаппаратов, автомо- ление прибором и в совокупности с графическим бильных видеорегистраторов. интерфейсом делает процедуру проведения лю- www.rohde-schwarz.com бых измерений максимально комфортной. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 37

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Современные кремниевые IGBT-транзисторы для напряжений до 1200 В Антон Маудер, Infineon Technologies AG В настоящее время силовая полу- проводниковая электроника разви- Последние достижения в области производства и обработки лась настолько, что ограничения на полупроводников способствуют развитию технологий изготовления переходные процессы определяют- IGBT-транзисторов. Уменьшение размера шага ячеек Trench IGBT- ся уже не самим полупроводником, а транзисторов привело к существенному снижению потерь проводимости конкретным приложением. В связи с и параметров переключения. В то же время имеющиеся ограничения этим основные усилия разработчиков на временны′ е характеристики становятся видимым препятствием сосредоточены на снижении потерь для дальнейшего уменьшения потерь даже для кремниевых силовых при включённом состоянии ключа. ключей. ВВЕДЕНИЕ заданы предельные значения скоро- УМЕНЬШЕНИЕ ПОТЕРЬ сти переходных процессов напряже- В IGBT-ТРАНЗИСТОРАХ Важнейшим вопросом, стоящим ния и тока (dU/dt и dI/dt), то поте- перед разработчиками силовой элек- ри в «идеальном» ключе представля- Параметры современных IGBT- троники, является выбор правильно- ют собой минимально достижимую транзисторов во включённом состоя- го силового ключа. В данной статье величину. Минимальные потери мощ- нии были улучшены за счёт наполне- речь пойдёт о перспективах развития ности в ключе могут быть легко рас- ния электронами и дырками слаболе- кремниевых IGBT-транзисторов с мак- считаны как интеграл произведения гированной зоны, необходимой для симальным запирающим напряжением напряжения и тока. Дальнейшее сни- формирования запирающего напря- 600–750 В. В некоторых случаях свой- жение коммутационных потерь воз- жения. При переходе из открытого в ства рассматриваемых транзисторов можно только в том случае, когда при- закрытое состояние снятие имеюще- можно перенести и на транзисторы ложение способно работать при более гося избыточного заряда приводит к более высокого по напряжению класса. крутых переходных процессах. Дан- возникновению потерь при переключе- ное ограничение применяется неза- нии. Потери проводимости могут быть «Идеальный» силовой ключ висимо от типа полупроводникового снижены за счёт применения Trench- Одним из главных показателей в ключа и справедливо как для кремния, ячеек. Оптимизация вертикальной так и для других материалов с широ- структуры (в основном за счёт FS-слоёв работе силового ключа является вели- кой запрещённой зоной. в комбинации со слабым эмиттером со чина энергетических потерь. В связи стороны коллектора) позволяет сни- с этим потери в открытом и закрытом Реальный силовой ключ зить потери проводимости и потери состояниях должны быть сведены к Для приложений с запираю- при переключении. В настоящее вре- минимуму. Потери при переключении мя Trench FS IGBT-транзисторы уверен- определяются перекрытием во времени щим напряжением до 600 В IGBT- но доминируют в силовой электронике, переходных процессов напряжения и транзисторы применялись на протя- вытеснив punch-through и non-punch- тока в ключе [1]. Потери на управление жении нескольких десятилетий. В кон- trough IGBT-транзисторы предыдуще- силовыми приборами гораздо меньше це XX века появились инновационные го поколения. потерь переключения и поэтому учи- технологии, которые повлияли на раз- тываться далее не будут. витие IGBT-транзисторов. Речь идёт о Снижение потерь во включённом совместном использовании в транзи- состоянии На рисунке 1 показаны процессы сторе Trench-ячеек и вертикальной «жёсткого» включения и выключе- оптимизации полупроводниковой Совершенствование производствен- ния идеального силового ключа без структуры с использованием слоёв ных процессов позволило создать тон- учёта влияния различных паразит- Field Stop (FS). Эти инновации позво- кие структуры для силовых транзисто- ных элементов. Если приложением лили значительно снизить потери при ров и Trench-ячеек с мелким шагом переключении и потери проводимости. и узкими мезами между затворны- Рис. 1. Процесс выключения и включения ми областями. Это сделало возмож- силового ключа без учёта влияния паразитных В силовой электронике площадь кри- ным дальнейшее увеличение концен- элементов сталлов и, соответственно, цена конеч- трации носителей заряда под эмитте- ного устройства определяются рассеи- ром благодаря ограничению потока ваемой мощностью. Чем больше пло- дырочного избыточного заряда через щадь кристалла, тем лучше теплообмен p-слой к эмиттеру (см. рис. 2). По срав- с окружающей средой. Снижение цены нению с классическими Trench IGBT- за счёт применения малогабаритных транзисторами наличие большого полупроводниковых кристаллов воз- запаса заряда под эмиттером приво- можно только при уменьшении потерь дит к значительному росту электриче- в ключах. ской проводимости в зоне дрейфа и таким образом улучшает значение пря- 38 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

Реклама

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Затвор Снижение потерь при выключении личных приложений: классических При выключении IGBT-транзистора приводных преобразователей, резо- Эмиттер log(n)=log(p)>>N нансных топологий, быстрых ключей D электроны и дырки должны быть удале- (которые в настоящее время конструи- рG G G абв ны из зоны дрейфа для создания обла- руются на основе МОП-транзисторов). сти пространственного заряда (ОПЗ) в Для чип-версий с низкой плотностью n– Зона дрейфа обеднённой низколегированной обла- избыточного заряда перед коллектор- сти. Электрическое поле в созданной ным электродом потери при переклю- р field stop х ОПЗ блокирует приложенное напря- чении сопоставимы с характеристика- Коллектор жение. ми Superjunction МОП-транзисторов предыдущих поколений. Рис. 2. Вертикальная структура и На рисунке 4 схематично изображены распределение носителей в IGBT-транзисторах: процессы, происходящие при выключе- Во время выключения IGBT- а) с планарными ячейками; б) с Trench-ячейками; нии IGBT-транзистора с узкими мезами. транзистора необходимо ограничивать в) с узкими мезами Избыточный заряд в зоне дрейфа уже наклон тока, т.к. при наличии паразит- частично снят, а дырки уходят через ных индуктивностей возникает боль- I ,A область пространственного заряда к шое пиковое перенапряжение. Этот p-областям и затем к эмиттеру. Наличие скачок напряжения не должен превы- C положительного заряда дырок, проходя- шать предельного значения запираю- щих в электрическом поле через ОПЗ, щего напряжения транзистора. Величи- ,,, , ,,, ,,,,,, приводит к появлению потерь при пере- на наклона тока при выключении зави- ключении. Из рисунка 4 видно, что IGBT- сит от плотности избыточного заряда U ,В транзистор с узкими мезами убирает перед коллектором и p-эмиттером. Как CE высокую концентрацию дырок, блоки- показано на рисунке 5, потери при руя электрод эмиттера. По потерям пере- выключении для сильного p-эмиттера Рис. 3. Сравнение падения напряжения в ключения IGBT-транзисторы с узкими на 1/3 больше, чем при использовании IGBT-транзисторах с узкими мезами (EDT2) и мезами практически не уступают обыч- слабого p-эмиттера. При этом во вто- в классических Trench FS IGBT-транзисторах ным Trench FS IGBT-тразисторам, обла- ром случае снижение прямого напря- (IGBT3) дая при этом гораздо лучшими характе- жения составляет всего 0,1 В. В связи с ристиками во включённом состоянии. этим применение IGBT-транзисторов мого напряжения [2] (см. рис. 3). Сто- В любом случае всегда можно найти с узкой мезой даёт большие преимуще- ит обратить внимание, что номиналь- приемлемое решение при выборе меж- ства при работе в цепях постоянного ное напряжение в IGBT-транзисторе с ду потерями проводимости и потерями тока с минимальными паразитными узкими мезами на 100 В выше по срав- при переключениями. Заряд избыточ- индуктивностями. Быстрые переход- нению с обычным Trench FS IGBT- ных электронов выводится через терми- ные процессы во время выключения транзистором. нал коллектора через оставшуюся зону могут оказаться приемлемыми при с высокой проводимостью. Этот заряд использовании IGBT-транзисторов с Наличие градиента носителей вызы- выводится через область, практиче- узкой мезой, имеющих низкую эффек- вает диффузию электронов через зону ски лишённую электрического поля, и, тивность p-эмиттера и, следовательно, дрейфа, тем самым давая вклад в полный следовательно, вносит лишь косвенный более низкие потери в целом. ток. Таким образом, необходимая часть вклад в потери переключения, вызывая дрейфового тока и падение напряжения в дополнительную инжекцию дырок с Все IGBT-транзисторы с высокой зоне дрейфа снижаются [3]. Тонкая струк- обратной стороны эмиттера. (близкой к максимальной) плотностью тура Trench-ячеек может быть использо- избыточного заряда под электродом вана, например, для регулировки ёмко- На рисунке 5 показана зависимость эмиттера имеют несколько бо′льшую стей между коллектором и затвором или потерь при выключении от напряжения задержку выключения, т.к. высокая для регулировки соотношения ёмкостей для IGBT-транзистора с узкими мезами и плотность носителей под электродом коллектор-затвор/коллектор-эмиттер. обычного IGBT-транзистора. В [4] пред- эмиттера снижается. Во время этой В [2] предложено решение, согласно кото- ставлены варианты оптимизации тонко задержки не возникает значительных рому отдельные полупроводниковые структурированных IGBT-ячеек в соче- потерь, поскольку напряжение на выво- области между Trench-затворами не сое- тании с различными способами форми- дах IGBT всё ещё близко к напряжению диняются либо отделяются нелегирован- рования вертикальной структуры и осо- насыщения. Новые компоненты, име- ными зонами. Таким способом можно, бенно расположением и параметрами ющие характеристики, близкие к пре- например, варьировать межэлектродную p-эмиттера. Из рисунка 4 также видно, дельным для IGBT [3], по физическим проводимость IGBT-транзистора или ток что использование слабых p-эмиттеров причинам будут иметь ещё бо′льшее короткого замыкания [5]. приводит к более низкой точке привяз- время задержки выключения из-за ки для плотности избыточного заряда в перераспределения плотности носи- 40 зоне дрейфа со стороны коллектора и, телей избыточного заряда. соответственно, к более низким потерям при выключении. Это связано с тем, что Процессы при включении IGBT при выключении через ОПЗ необходи- Для многих схем и приложений по ряду мо пройти меньшему количеству дырок. причин накладываются определённые Таким образом, предложенная кон- ограничения на максимальную величину цепция позволяет настраивать IGBT- наклона изменения тока в нагрузке при транзисторы с узкой мезой для раз- WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ включении (dIc/dt). Такие ограничения Для многих приложений чётко уста- ЭмиттерОбласть могут быть вызваны, в частности, необхо- новлены предельные значения ско- пространственного димостью обеспечения электромагнит- рости нарастания/падения напряже- Удалённые ной совместимости или предотвращения ния и тока, что накладывает соответ- дыркизаряда (ОПЗ) появления чрезмерных скачков напряже- ствующие ограничения на величину ния при наличии паразитных индуктив- потерь при переключении. В то же вре- x КоллекторОстаточный ностей. Например, при мостовом включе- мя самые современные устройства на Рис. 4. Процессы, происходящиеизбыточный нии IGBT-транзистора слишком большие основе кремния позволяют достичь при выключении в IGBT-транзисторе значения dIc/dt могут привести к выходу скорости переключения, намного пре- с узкими мезамизаряд из строя соответствующего шунтирую- вышающей требования большинства щего диода. Кроме того, падение напря- приложений. E , мДж4,5 жения во время включения (dVCE/dt) не off4,0 сильный р-эмитер должно превышать заданных приложе- Коммутационные характеристи- 3,5 средний р-эмитер нием пределов. В связи с этим для замед- ки современных IGBT-транзисторов ления переходных процессов при вклю- с узкими мезами могут удовлетворять слабый р-эмитер чении часто применяются резисторы, требованиям самого широкого спек- 3,0 подключаемые к затвору. Более мед- тра задач. Так, например, для некото- ленные переходные процессы (dIc/dt и рых приложений, где важно обеспе- 2,5 dVCE/dt) вследствие наличия ёмкостной чить низкий уровень потерь при пере- 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 обратной связи между коллектором и ключении, IGBT-транзисторы могут U ,В затвором также увеличивают энергети- успешно заменить обычные или даже ческие потери при включении. Superjunction МОП-транзисторы. Даже CE, SAT в решениях с жёсткими ограничения- В быстрых переключаемых источ- ми на скорость роста/падения напря- Рис. 5. Зависимость потерь при выключении никах питания, где важно обеспечить жения или тока данные транзисторы от напряжения во включённом состоянии низкий уровень потерь при переклю- позволяют значительно уменьшить в IGBT-транзисторе с узкими мезами (EDT2) чении, вместе с IGBT применяются кар- потери проводимости и потери при и в обычном IGBT-транзисторе (IGBT3) бид-кремниевые диоды Шоттки. При переключении. таком подходе удаётся избежать части Proceedings of the 18th ISPSD, Naples, потерь, вызванных накопленным заря- ЛИТЕРАТУРА 2006, p. 5–8. дом биполярных диодов. 4. Kimmer, T., Griebl, E. Trenchstop 5: 1. Wolter, F., Rupp, R., Ha..berlen, O. Next A new application specific IGBT series. ЗАКЛЮЧЕНИЕ level Silicon, SiC and GaN – a balanced Proceedings PCIM Europe 2012, Nurnberg, view on future power semiconductor 2012, p. 120–127. В последние годы характеристики switches. Proceedings of APE – Congress on 5. Ja..ger, C., Philippou, A., Vellei, A., Laven, J. G., IGBT-транзисторов при включении Automotive Power Electronics, Paris, 2015. Ha..rtl, A. A new sub-micron trench cell concept заметно улучшены за счёт применения in ultrathin wafer technology for next новых технологий обработки полупро- 2. Wolter, F., Ro..sner, W., Cotorogea, M., Generation 1200 V IGBTs. Proceedings of the водников. Тем не менее, достигнутые Geinzer, T., Seider-Schmitt, M., Wang, K.-H. 29th ISPSD, Sapporo, 2017, p. 69–72. значения всё ещё далеки от физических Multi-dimensional trade-off considerations пределов или ограничений, накладыва- of the 750V Micro Pattern Trench IGBT емых размерами устройств [3]. Следует for Electric Drive Train Applications. ожидать, что ещё несколько поколений Proceedings of the 27th ISPSD, Hongkong, IGBT-устройств будут развиваться в сто- 2015, p. 105–108. рону улучшения рабочих параметров. 3. Nakagawa, A. Theoretical Investigation of Silicon Limit Characteristics of IGBT. НОВОСТИ МИРА и его коллеги представили первый в мире таматериалов Университета ИТМО со- «трёхмерный» топологический изолятор, вместно с коллегами из Австралийского ОТКРЫТИЕ УЧЁНЫХ ИЗ РОССИИ способный управлять движением света. национального университета первыми экспериментально реализовали компакт- В ФОТОНИКЕ ПРИЗНАЛИ Речь идёт об особом материале, поверх- ную топологическую структуру, в которой ПРОРЫВОМ ГОДА ность которого может проводить ток, а вну- можно полностью контролировать лока- тренняя часть остаётся изолятором или по- лизацию света на очень маленьких мас- Каждый год журнал Optics & Photonics лупроводником. Физики достаточно давно штабах. News, профессиональное издание для фи- пытались приспособить их и для переда- зиков, специализирующихся на свойствах чи света и других электромагнитных волн, Позже российские учёные создали дву- света и создании фотонных устройств, на- однако этому мешали две вещи – громозд- мерную и трёхмерную версии подобно- зывает 30 самых важных научных откры- кость оптических топологических изолято- го топологического изолятора, теоретиче- тий в этой области. ров и высокие потери энергии, неизбежно ское описание которого было опубликова- возникавшие в процессе их работы. но в престижном научном журнале Nature В 2017 году в их число попало устрой- Photonics. ство, созданное в стенах Университета ИТ- В 2015 году физики из Международно- МО в Санкт-Петербурге. Используя теоре- го научного центра нанофотоники и ме- РИА Новости тические наработки Александра Ханикае- ва, профессора Городского университета Нью-Йорка (США), Алексей Слобожанюк СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 41

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Современные аккумуляторы для питания РЭА Часть 1 Евгений Нижниковский, ([email protected]) Андрей Григорьев, оказывается достаточно. Так, для экс- Александр Подлесный (Москва) плуатации современных средств свя- зи (например, мобильной связи) и Статья посвящена проблемам и последним достижениям в области современных радиостанций требуют- разработки и производства аккумуляторов для питания РЭА. В первой ся более энергоёмкие накопители энер- части описываются основные задачи, стоящие перед данной отраслью, гии. Этим требованиям в наибольшей и методы их решения, а также рассказывается о современных степени отвечают литиевые и литий- технологиях и перспективных разработках. Особое внимание уделено ионные аккумуляторы. системам на основе лития и различных композитов. Использование аккумуляторов целе- Для обеспечения качественного, ется удельная энергия, объёмная либо сообразно для: надёжного и долговременного функ- массовая. Этот параметр у ХИТ раз- ● аппаратуры кратковременного ис- ционирования современной авто- личных электрохимических систем номной радиоэлектронной аппара- существенно различается. От данно- пользования, когда после нескольких туры (РЭА) необходимо соответству- го параметра зависят массогабарит- часов использования ёмкость бата- ющее и долговечное электропитание. ные характеристики блоков питания реи может быть восполнена путём за- Основой автономного электропита- (БП) и, соответственно, питаемой аппа- ряда (например, для шахтных ламп); ния РЭА являются химические источ- ратуры. По удельной энергии аккуму- ● миниатюрной РЭА, энергопотребле- ники тока (ХИТ), прежде всего вторич- ляторы заметно уступают первичным ние которой не обеспечивается ми- ные, или аккумуляторы. Отличитель- ХИТ. Последние имеют удельную энер- ниатюрными первичными ХИТ; ной чертой вторичных ХИТ является гию до 1200 Вт·ч/дм3 (литий-тионил- ● резервного электропитания РЭА при их способность к восполнению потра- хлоридные ХИТ). В то же время удель- отключении основного источника ченной энергии, или циклированию. ная энергия аккумуляторов составля- питания (сети); Важнейшей характеристикой аккуму- ет от 30–50 Вт·ч/дм3 (никель-железные ● накопителей электроэнергии, вы- лятора является число разрядов, после и никель-кадмиевые) до 600 Вт·ч/дм3 рабатываемой маломощным физи- которых его ёмкость можно восстано- (литиевые и литий-ионные). Несмотря ческим источником тока, работаю- вить путём заряда. Чем больше число на это, круг их возможных применений щих в связке с последним. таких зарядно-разрядных циклов, тем в РЭА весьма широк. Они незаменимы в Решение перечисленных задач тре- в большей степени аккумулятор отве- АБП аудиоаппаратуры, фонарей, пере- бует применения различных типов чает своему предназначению – способ- носных компьютеров, радиоизмери- аккумуляторов. В связи с этим боль- ности накапливать энергию. Возмож- тельных и других научных приборов, шой интерес представляет разработка ность восстановления заряженности приборов охранной сигнализации, аккумуляторов универсального приме- источника тока после его использо- оборудования выносных полевых лабо- нения, которые могли бы успешно экс- вания предоставляет высокие техни- раторий, стационарных постов, поле- плуатироваться при выполнении всех ческие возможности для блоков пита- вых госпиталей, для резервного пита- перечисленных задач. ния различных групп потребителей. ния различных ответственных объек- Большое развитие и миллионные тов и технических служб, транспорта тиражи в производстве получили свин- Число зарядно-разрядных циклов и т.д. Причиной столь широкого приме- цово-кислотные, серебряно-цинковые значительно повышается при сни- нения аккумуляторов в радиоэлектрон- и никель-кадмиевые аккумуляторы. жении глубины циклирования, т.е. ной технике является то, что, в отличие Предполагается, что ещё много лет они доли номинальной ёмкости, снима- от первичных элементов, заряд, особен- будут производиться и использовать- емой с аккумулятора в процессе каж- но ускоренный, приводит их в состоя- ся для электропитания РЭА. Эти акку- дого цикла, однако при оценке при- ние готовности довольно быстро. При муляторы хорошо изучены и подроб- годности того или иного аккумуля- создании БП учитывается не только но описаны в литературе. тора для питания РЭА в большинстве удельная энергия аккумуляторов, но Никель-металлгидридные аккумуля- случаев учитывают ресурс при цикли- также их ресурс в циклах, а следователь- торы разработаны относительно недав- ровании на полную ёмкость. В связи с но, и суммарная кумулятивная энергия, но и пришли на смену вышеперечис- этим усилия исследователей в послед- накапливаемая за срок сохраняемости ленным системам во многих группах ние годы были направлены на поиск с учётом числа циклов. техники. Они также хорошо известны электрохимических систем и кон- и описаны в технической литературе. структорско-технологических реше- Аккумуляторы имеют, как правило, В последние годы всё большее внима- ний, позволяющих создать вторичные бо′льшую мощность, чем первичные ние разработчиков, производителей и ХИТ с высокими удельной энергией и элементы. В этой связи использова- пользователей привлекают системы с ресурсом циклов заряда-разряда. ния для портативной радиоаппарату- литиевым отрицательным электродом. ры компактных аккумуляторов с учё- Разработчиками были приняты во вни- Важным параметром ХИТ, который, том возможности регулярного заряда мание исследования в области созда- как правило, не включается в ТУ, явля- 42 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ ния первичных литиевых ХИТ, которые Изменение параметра кристаллической полиацетилен (ПА) или полифени- показали возможность изготовления решётки приводит к возникновению вну- лен (ПФ). Показатели таких электро- литиевых элементов с удельной энер- тренних напряжений и, в конце концов, дов невысоки и потенциал их сильно гией 1200 Вт·ч/дм3 и выше. В этой связи к разрушению материала. смещён в положительную сторону (на с конца 70-х годов прилагаются значи- 0,8…1,0 В). Вместе с тем такие электро- тельные усилия по созданию аккумуля- ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОД ды очень стабильны и допускают боль- торов с анодами на основе щелочных шое число зарядно-разрядных циклов. металлов. Рассмотрим состояние раз- Особенности работы отрицательно- работок и производства в этой области. го электрода приводят к необходимо- В последние годы развитие поли- сти использования в нём некоторого мерных электролитов открыло новые АККУМУЛЯТОРЫ С ЛИТИЕВЫМ избытка металлического лития. Опти- перспективы для создания литиевых мальным является четырёхкратный аккумуляторов. Наличие надёжного и АНОДОМ И АПРОТОННЫМ избыток, который обеспечивает удо- долговечного полимерного электроли- влетворительную работу аккумулято- та позволяет на новом уровне решать ЭЛЕКТРОЛИТОМ ра в течение нескольких сотен циклов. проблемы, препятствующие созданию Интерес к разработке литиевых акку- Излишек металлического лития одно- современных и высокоэнергетических временно обеспечивает и более дли- литиевых аккумуляторов. муляторов обусловлен принципиаль- тельную сохраняемость заряда заря- ной возможностью создания аккуму- женного аккумулятора, однако при ОБРАЗЦЫ ЛИТИЕВЫХ ляторов с высокими удельными харак- этом из-за дополнительного расхо- теристиками – даже более высокими, да лития после длительного хранения АККУМУЛЯТОРОВ чем у самых энергоёмких из известных аккумулятора снижается его дальней- Канадская компания Moli Energy с серебряно-цинковых аккумуляторов шая циклируемость. Вместе с тем избы- (100–120 Вт·ч/кг и 200–250 Вт·ч/дм3). точное количество металлического 1987 г. серийно выпускала аккумуля- лития (избыточная толщина и масса торы типоразмера 316 (АА) с исполь- Основными проблемами, возни- литиевых электродов) приводит к сни- зованием положительных электродов кающими при эксплуатации лити- жению удельных электрических пока- из дисульфида молибдена MoS2. Акку- евых аккумуляторов, являются пло- зателей аккумулятора. муляторы имели следующие характери- хая циклируемость (быстрая потеря стики: начальное напряжение – 2,3 В, ёмкости при последующих разрядах) Для устранения недостатков, связан- ёмкость при разряде током 0,2 А до и заметная потеря ёмкости при хране- ных с обратимой работой отрицатель- конечного напряжения 1,3 В – 0,6 А·ч. нии заряженных аккумуляторов. Кроме ных электродов из чистого металличе- В отдельных случаях ёмкость при раз- того, во многих случаях наблюдается ского лития, уже давно было предло- ряде до конечного напряжения 1,1 В преждевременный выход аккумулято- жено использовать литиевые сплавы на первых циклах доходила до 0,8 А·ч. ра из строя из-за возникновения вну- или другие системы, в которых литий Аккумуляторы были работоспособны в тренних коротких замыканий. Многие частично химически связан в неорга- течение нескольких сотен циклов. из этих явлений связаны с особенно- нической или органической матри- стями работы литиевых электродов и це. При этом значительно снижается Компания Sanyo выпускает аккуму- обусловлены рядом сложных научно- коррозионная активность свежеобра- ляторы системы Li/MnO2 (серия ML). технологических проблем. зованного при заряде лития и частич- Напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) но устраняются причины, приводя- аккумуляторов составляет 3,5 В, раз- ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОД щие к снижению коэффициента его рядное напряжение – 2,5 В, конечное использования, однако одновремен- напряжение – 2,0 В. Диапазон рабочих Работа положительных электродов но снижаются и энергетические пока- температур – от −20 до +60°С. Выпуска- затели электрода: потенциал становит- ются три типа аккумуляторов ёмко- на основе твёрдых неорганических ся более положительным, т.е. снижают- стью 12, 25 и 90 мА·ч со стандартным ся разрядное (и зарядное) напряжение током разряда 0,1, 0,3 и 0,5 мА соот- веществ основана на реакции внедрения аккумулятора и удельная ёмкость на ветственно. Аккумуляторы допуска- единицу массы или объёма. Для реше- ют 500 циклов при циклировании на (интеркалирования) ионов лития, а так- ния подобных проблем были предпри- глубину 20% и 3000 циклов при цикли- няты попытки использования литий- ровании на глубину 5%. Срок службы – же электронов в эти соединения (допи- алюминиевых сплавов, не увенчавши- 5 лет. Заряжать аккумуляторы реко- еся большим успехом. В электроде при мендуется при постоянном напряже- рование литием). Общая токообразую- заряде и разряде возникают объёмные нии 3,1±0,15 В. При использовании изменения, которые приводят к поте- источников тока серии ML в режи- щая реакция в элементе имеет вид: ре механической прочности электро- ме подзаряда напряжение основного да и к преждевременному выходу его источника питания должно составлять →разряд (1) из строя. В связи с этим ресурс рабо- 2,95±0,15 В. xLi+AВ →← LixAВ, ты таких электродов мал – не больше 30–60 зарядно-разрядных циклов. Компания Panasonic выпускает три ←заряд серии перезаряжаемых слаботоковых В качестве отрицательного электрода дисковых литиевых источников тока: где АВ – активное вещество положи- могут быть использованы проводящие 1. 6 типов системы Li/MnO2 (серия ML) полимерные соединения, в которые тельного электрода (соединение вне- внедряются ионы лития, в частности ёмкостью от 2 до 45 мА·ч и номиналь- ным напряжением 3 В; номинальный дрения). В качестве активных веществ ток – 0,1 мА для последнего аккумуля- тора и 0,01 мА – для всех остальных. используются различные халькогени- ды и оксиды переходных металлов, а также их комбинации. Ресурс положительных электродов из соединений внедрения определяется постепенным разрушением их структуры. При внедрении лития в кристаллическую решётку параметр решётки увеличивает- ся, а при экстракции лития он уменьша- ется. При циклировании хорошего элек- трода эти изменения строго обратимы. СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 43

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 2. 7 типов системы LiAl/V2О5 (серия VL) родного материала (на отрицатель- Большое значение для процессов ёмкостью от 1,5 до 100 мА·ч с номи- ном электроде) и интеркаляция лития интеркаляции и деинтеркаляции лития нальным напряжением 3 В; номи- в оксид (на положительном электроде). имеет пассивная плёнка на поверхно- нальный ток – от 0,07 Сн до 0,02 Сн. При заряде процессы идут в обратном сти углеродного материала, образу- направлении. Таким образом, во всей ющаяся при первом катодном заря- 3. 5 типов LiTiOy/LiхMnOy (серия МТ) ём- системе отсутствует металлический де. Пассивные плёнки на углеродных костью от 0,9 до 14 мА·ч с номиналь- литий, а процессы разряда и заряда сво- материалах по своим составу и свой- ным напряжением 1,5 В; номиналь- дятся к переносу ионов лития с одного ствам аналогичны пассивным плён- ный ток – от 0,1 Сн до 0,03 Сн. электрода на другой. По этой причине кам на чистом литии. Они возникают в Ряд других производителей также такие аккумуляторы получили название результате необратимого восстановле- литий-ионных, или аккумуляторов типа ния компонентов электролита и служат сообщали о начале выпуска литиевых «кресло-качалка» (rocking chair cells). естественным барьером, предотвраща- аккумуляторов. ющим дальнейшее самопроизвольное В последние годы совершенство- восстановление электролита. Опыт выпуска и эксплуатации лити- вание литий-ионных аккумуляторов евых аккумуляторов показывает, что (ЛИА) является одним из самых прио- Практическое использование ЛИА их широкое внедрение сдерживает- ритетных направлений в области элек- имеет ряд особенностей по сравнению ся нерешённостью вопросов безопас- трохимической энергетики. Основные с классическими, например никель-кад- ности эксплуатации. Проблема созда- усилия разработчиков направлены на миевыми, системами. Одной из них ния надёжно и стабильно работающих поиск новых материалов электродов, является наличие необратимых про- литиевых аккумуляторов ещё далека технологий их изготовления, на усовер- цессов, протекающих на положитель- от своего окончательного решения и шенствование используемых электро- ном и отрицательном электродах, и требует большого объёма исследова- литов и поиск новых. Изучаются меха- приводящих к необратимому расхо- тельских и опытно-конструкторских низмы деградации аккумуляторов с дованию электричества (необрати- работ. Тем не менее не вызывает сомне- целью увеличения срока их службы. мой ёмкости). В большей степени такие ния, что в случае успешного решения процессы выражены на отрицательном данной задачи литиевые аккумуляторы ВЫБОР ОТРИЦАТЕЛЬНОГО электроде. На практике эти процессы займут важное место на рынке химиче- приводят к снижению КПД использо- ских источников тока. ЭЛЕКТРОДА вания зарядной энергии. ЛИТИЙ-ИОННЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ Соединения на основе внедрения В настоящее время продолжается поиск новых материалов, способных В ходе поиска путей повышения лития в графит (слоистые соедине- заменить углерод в матрице. Таким взрывопожаробезопасности литие- материалом оказался кремний. Он вых аккумуляторов были исследованы ния графита) известны давно [1, 2]. способен образовывать соединения образцы с электродами на основе сое- с литием общей формулы LixSi, где динений, полученных путём внедрения В 70–80-х годах прошлого века была показатель х может доходить до 4,4, лития в углеродные материалы. Прин- что соответствует зарядной ёмкости ципиально новым решением в развитии описана обратимая электрохимическая около 4200 мА·ч на 1 г кремния. Одна- перезаряжаемых литиевых источников ко при внедрении лития в кристалли- тока явилась японская разработка акку- интеркаляция лития в графит и некото- ческий кремний происходит сильное, муляторов с отрицательным электро- почти трёхкратное увеличение объё- дом из углеродных материалов. Угле- рые другие материалы из апротонных ма, приводящее к разрушению электро- род оказался очень удобной матрицей да. В то же время такое разрушение не для интеркаляции лития. Удельный объ- растворов солей лития [2, 3]. Уже в пер- происходит, если используются нано- ём многих углеродных графитирован- материалы на основе кремния. Рассма- ных материалов при внедрении доста- вых работах по обратимой интеркаля- триваются два принципиальных вида точно большого количества лития изме- кремниевых наноматериалов: тонкие няется не более чем на 10%. ции лития было установлено, что интер- (субмикронные) плёнки, как правило, плёнки аморфного кремния и наноком- Потенциал углеродных электро- каляция лития в углеродные материалы позиты кремния с другими материала- дов, содержащих не слишком боль- ми, чаще всего с углеродом, который шое количество интеркалированно- представляет собой сложный процесс, играет роль матрицы, демпфирующей го лития, может быть положительнее изменения объёма наночастиц крем- потенциала литиевого электрода на механизм и кинетика которого в зна- ния. В более поздних исследованиях 0,5…0,8 В. Для того чтобы напряжение предлагается, помимо различных форм аккумулятора было достаточно высо- чительной степени зависят от природы кремния, использовать наноматериалы, ким, японские исследователи приме- в частности углеродные нанотрубки. нили в качестве активного материа- углеродного материала и электролита. ла положительного электрода оксиды ОСОБЕННОСТИ КОМПОЗИТОВ кобальта. Литированный оксид кобаль- Как правило, при интеркаляции лития в КРЕМНИЙ–УГЛЕРОД та имеет потенциал около 4 В относи- тельно литиевого электрода, поэтому хорошо выраженные графитовые струк- Что касается композитов кремний– характерное рабочее напряжение акку- углерод, то наиболее интересные мулятора составляет 3 В. туры можно получить термодинамиче- результаты были получены с образца- При разряде аккумулятора проис- ски стабильное соединение LiC6. Боль- ходят деинтеркаляция лития из угле- шинство авторов записывает уравнение интеркаляции-деинтеркаляции в виде хLi++xe+6C →← LixC6. (2) На кривой зависимости потенциала соединения LixC6 от степени интеркаля- ции х, т.е. на кривой заряда графито- вого электрода, отмечаются несколько почти горизонтальных ступенек, соот- ветствующих соединениям LiC6, LiC12, LiC18 и т.д. [2]. Интеркаляция лития в графитовые структуры протекает при достаточно отрицательных потенциа- лах: основная часть лития внедряется при потенциалах отрицательнее 0,5 В, т.е. активность лития в таких интерка- лятах довольно велика. 44 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ ми, приготовленными послойным маг- E, B (Li/Li+) 21 нетронным напылением тонких плёнок 3 кремния и углерода. Плёнки компози- тов различного состава наносились на 2 пластины меди, титана и никеля посред- ством магнетронно-плазменного рас- 1 пыления мишеней из кремния и гра- фита. Слои кремния и углерода строго 0 2000 4000 6000 8000 чередовались. Первым слоем (подсло- ем) всегда был углерод, наружным сло- Q, А⋅ч/г ем – кремний. Толщина слоёв и состав плёнок рассчитывались исходя из ско- Рис. 1. Зарядно-разрядные кривые электродов на основе композитов кремний–углерод при ростей напыления каждого компонента. циклировании в электролите на основе ПК. Первые циклы В наноструктурированных много- Е, В (Li/Li+) 1-й цикл слойных композитах кремний–угле- 1,5 2-й цикл род в том случае, когда доля углеро- 6-й цикл да превышала долю кремния, процесс 1,0 восстановления электролита протекал согласно одноэлектронному механиз- 0,5 му. И наоборот, если доля кремния пре- вышала долю углерода, процесс восста- 0,0 новления электролита протекал при низких потенциалах, т.е. согласно двух- 0 400 800 1200 1600 2000 электронному механизму. Таким обра- зом была показана возможность управ- Q, мА⋅ч/г ления процессом восстановления элек- тролита (см. рис. 1). Рис. 2. Зарядно-разрядные кривые электрода с плёнкой ST10. Плотность тока – 80 мА/г (40 мкА/см2) НОВЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ LiCoO2 ↔ Li++e+CoO2. (3) на разнообразных высокотемператур- ОКСИДОВ ОЛОВА − ST ных (спекание) и низкотемпературных Исследованиям таких высокопотен- (золь-гель, ионный обмен, осаждение Не так давно были синтезирова- из растворов) процессах. Литирован- ны структуры на основе оксидов оло- циальных электродов (т.е. электродов с ный оксид кобальта получают в основ- ва, которые оказались способными ном по низкотемпературной техноло- внедрять и экстрагировать литий без потенциалом разомкнутой цепи около гии. Литированный оксид никеля чаще потери оксида лития. Тонкие плёнки всего получают спеканием [2–3]. на основе смешанных нанострукту- 4 В относительно литиевого электрода, рированных оксидов олова и титана Многочисленные работы по улуч- (90% SnO2 и 10% TiO2), далее обозначен- что обеспечивает разрядное напряже- шению характеристик положитель- ные как ST10, были образованы нано- ных электродов литий-ионных акку- глобулами размерами 10–20 нм. ние выше 3 В) посвящено много работ, муляторов сводятся в основном к усо- вершенствованию их структуры. Это На рисунке 2 изображены гальвано- из которых можно сделать вывод, что достигается как посредством техно- статические кривые первого, второго и логических приёмов, так и с помощью шестого циклов, полученные на элек- технические характеристики всех ука- введения различных модификаторов. троде ST10 в 1 M LiN(CF3SO2)2 в диоксо- лане. Как видно из рисунка, при пер- занных вариантов примерно одинако- Хотя литированные оксиды никеля вой катодной поляризации отмеча- уступают по стоимости литированным ется некоторая необратимая ёмкость вы. Большинством американских раз- оксидам кобальта, замена части нике- (соответствующая необратимым про- ля на железо считается экономически цессам I рода), однако количественно работчиков основное внимание уде- оправданной. она намного меньше, чем величина, соответствующая процессу (2). ляется материалам на основе оксидов ПРОБЛЕМА ПОЛОЖИТЕЛЬНОГО марганца, которые считаются лучши- ЭЛЕКТРОДА ми с экономической и экологической В качестве материала положительно- точек зрения. го электрода литий-ионных аккумуля- торов выбирают литированные окси- Электрохимические характеристи- ды кобальта, никеля и марганца. Работа положительного электрода сводится к ки положительных электродов в зна- деинтеркаляции лития при заряде акку- мулятора и к интеркаляции лития при чительной степени зависят от техноло- разряде: гии их изготовления. Технология син- теза литированных оксидов основана СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018 WWW.SOEL.RU 45

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ Что касается литированных окси- вольтных положительных электродов Поиск и исследование новых мате- дов марганца, то чаще всего рассма- на основе смешанных литированных риалов для электродов ЛИА продол- тривают шпинели состава, близкого к оксидов кобальта, никеля и марганца. жается. Отдельный интерес представ- LiMn2O4. При внедрении лития в этот Показано, что с использованием подоб- ляют исследования сложных компо- материал (т.е. при разряде литий-ион- ных электродов и электродов из ком- зитных материалов для катодов ЛИА, ного аккумулятора) образуются соеди- позитов кремний–алюминий–кисло- проводимые в МГУ под руководством нения состава Li1+xMn2O4. Данные элек- род можно изготавливать макеты акку- Е.В. Антипова. Эти материалы позволя- троды имеют номинальное значение муляторов с удельной энергией около ют извлекать более одного иона лития потенциала около 3 В. При экстрак- 550 Вт·ч/дм3. Применение более тон- на формульную единицу материала, ции лития, т.е. при получении соеди- ких токоведущих электродных основ что должно приводить к росту ёмко- нений типа Li1–xMn2O4, значение потен- позволит увеличить этот показатель до сти аккумуляторов [6]. Определённые циала близко к 4 В. В последнее вре- 600–650 Вт·ч/дм3. надежды специалистами также возла- мя основные усилия были направлены гаются на разработку литий-воздуш- именно на работу с такими соедине- А.Н. Сауровым, В.П. Галпериным и ных (кислородных) перезаряжаемых ниями. Описано много вариантов тех- Е.П. Кицюком из Технологического ХИТ. Так же как и все металловоздуш- нологии синтеза шпинелей, различа- центра МИЭТ были проведены иссле- ные ХИТ, они должны иметь более ющихся как стехиометрией (LiMn2O4, дования технологий и конструкций высокую удельную энергию по срав- Li2Mn4O9, Li4Mn5O12 и т.п.), так и мето- литиевых аккумуляторов, в особен- нению с остальными типами источ- дом синтеза. ности тонкоплёночных, в том числе ников тока. отличия в процессах формирования Главный недостаток литий-марган- и в материалах электродов, электроли- Во второй части статьи речь пой- цевых шпинелей, наряду с меньшей, та, токовых коллекторов и защитных дёт о характеристиках отечественных чем у кобальтитов и никелатов, удель- покрытий, конструкции тонкоплёноч- и зарубежных литий-ионных аккуму- ной ёмкостью, состоит в относитель- ных аккумуляторов. Определены воз- ляторов, а также об особенностях их но большом снижении ёмкости при можные сферы применения сверхтон- практического применения и перспек- циклировании, особенно при повы- ких аккумуляторов [5]. тивах развития данной отрасли. шенных температурах. Саморазряд шпинельных электродов связан с одно- Новой основой для электродных ЛИТЕРАТУРА временным окислением растворителя материалов стали углеродные нано- на частицах углеродной электропрово- трубки (УНТ). Разработаны и оптимизи- 1. Нижниковский Е.А. Современные элек- дящей добавки. рованы методы синтеза УНТ на локали- трохимические источники тока. – зованном катализаторе с различными М.: Радиотехника, 2015. В настоящее время наиболее перспек- носителями, изучено влияние очистки тивными электродными материалами исходного продукта синтеза на выход 2. Нижниковский Е.А. Перспективы для ЛИА считаются наноструктуриро- УНТ. Определены структурные особен- использования химических источни- ванные феррофосфаты и титанаты ности и характеристики методов фор- ков тока для электропитания автоном- лития. Их применение в ЛИА дало воз- мирования плёнок УНТ. Разработаны ной радиоэлектронной аппаратуры. можность достичь токов разряда-заря- методы синтеза массивов УНТ на несу- Современная электроника. 2010. № 2. да порядка 100 Сн. щих подложках с различной морфоло- С. 12–17. гией, плотностью и высотой массива. Дальнейший прогресс в развитии Определены и оптимизированы тол- 3. Нижниковский Е.А. Источники авто- ЛИА связан с разработкой новых мате- щины каталитических и барьерных номного электропитания для работы в риалов и технологий для создания тон- структур, способ их нанесения. Выбра- экстремальных условиях. Российский коплёночных аккумуляторов. Сотруд- ны материалы подложки и отработа- химический журнал. 2006. т. L. № 5. ники Института физической химии ны процессы её подготовки. Исследова- C. 102–112. и электрохимии им. А.Н. Фрумкина ны варианты нанесения слоя кремния РАН Т.Л. Кулова и А.М. Скундин про- и выбран оптимальный способ нане- 4. Кулова Т.Л., Астрова Е.В., Федулова Г.В., вели цикл исследований по созданию сения методом магнетронного напы- Скундин А.М. Отрицательные электро- таких аккумуляторов [4]. Отработана ления. ды для литий-ионных аккумуляторов на технология изготовления тонкоплё- основе пористого кремния с регулярной ночных положительных электродов Использование в качестве анода ком- структурой. Электрохимическая энерге- на основе оксидов ванадия методом позита УНТ–кремний в подобной кон- тика. 2012 г. Том 12. № 1, 3–8. магнетронного осаждения металличе- струкции позволит при одинаковых ского ванадия в атмосфере кислорода габаритах повысить её ёмкость по срав- 5. Галперин В.А., Кицюк Е.П., Скундин А.М., и детально изучены физико-химиче- нению с конструкцией, основанной на Тусеева Е.К., Кулова Т.Л., Шаман Ю.П., ские свойства таких электродов. Усо- традиционном материале – углероде, Скорик С.Н. Разработка электродов на вершенствована технология изготов- на величину порядка 20% при одно- основе композита кремний – углерод- ления тонкоплёночных отрицатель- слойном варианте исполнения. ные нанотрубки для литиевых аккуму- ных электродов на основе композитов ляторов повышенной ёмкости. Известия кремний–алюминий–кислород. Изго- В последних исследованиях разра- высших учебных заведений. Электрони- товлены макеты литий-ионных аккуму- ботаны материалы и методы создания ка. 2013. № 4. С. 38–43. ляторов системы оксид ванадия / ком- нового класса химических источников позит кремний–алюминий–кисло- тока – тонких и гибких ХИТ с высоки- 6. Антипов Е.В., Хасанова Н.Р., Дрожжин О.А. род и определены их характеристики. ми эксплуатационными характеристи- Новые катодные материалы для литиевых Исследованы характеристики высоко- ками, которые имеют широкий диапа- аккумуляторов. Фундаментальные про- зон применения в технике. блемы преобразования энергии в лити- евых электрохимических системах. Мате- риалы XII Международной конференции. Краснодар, 1–6 октября 2012. С. 109. 46 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018



ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ НОВОСТИ МИРА и региональных стандартов на национальном К экипировочному имуществу относится и межгосударственном уровнях, проведение широкая номенклатура предметов, выда- ЦНИИ «ЭЛЕКТРОНИКА» экспертизы проектов и оценки существующих ваемых пассажирам в поездах, самолётах, ВОШЁЛ В СОСТАВ ТК 159 стандартов. По согласованию с Федеральным международных и междугородных автобу- агентством по техническому регулированию сах (подушки, одеяла и т.п.). Оно состоит Институт стал участником технического ко- и метрологии ТК 159 имеет право принимать на балансе транспортной компании и нуж- митета по стандартизации ТК 159 «Программ- участие в работе международного техниче- дается в строгом учёте при перемещениях но-аппаратные средства технологий распре- ского комитета ИСО/ТК 307 «Блокчейн и тех- из центров экипировки на борт транспор- делённого реестра и блокчейн», созданного нологии распределённого реестра». та, при отправке в прачечную или переда- приказом Федерального агентства по техни- че курьерским службам. ческому регулированию и метрологии (Рос- www.instel.ru стандарт) от 15 декабря 2017 г. № 2831. Система учёта состоит из мобильного «РОСЭЛЕКТРОНИКА» ПРЕДЛАГАЕТ RFID-тоннеля, оборудованного антеннами Технический комитет, являясь формой со- ПЕРЕВОЗЧИКАМ RFID-МАРКИРОВКУ ближнего радиуса действия для считыва- трудничества заинтересованных организа- ния радиочастотных меток. RFID-метки вши- ций и органов власти, был создан для повы- ЭКИПИРОВОЧНОГО ИМУЩЕСТВА ваются непосредственно в предметы ЭИ и шения эффективности работ по националь- Холдинг «Росэлектроника» Госкорпора- обладают высокой термо- и влагостойко- ной, межгосударственной и международной стью, гибкостью, устойчивостью к химиче- стандартизации в области программно-ап- ции «Ростех» разработал систему учёта эки- ски активным веществам, применяемым в паратных средств технологий распределён- пировочного имущества (ЭИ) транспортных прачечных и химчистках. ного реестра и блокчейна. В его составе компаний, основанную на RFID-технологии. были объединены ведущие технические и Контейнеры (сумки и пр.) с ЭИ устанавли- финансовые организации, системные инте- Разработка входящего в состав хол- ваются на ленту RFID-тоннеля, система ав- граторы, профессиональные союзы и ассо- динга московского АО «ИМЦ Концерн томатически считывает метки и формирует циации, учреждения высшего образования «Вега» полностью автоматизирует про- информацию о составе содержимого. Таким и научно-исследовательские институты, в цесс учёта ЭИ и минимизирует риски его образом оперативно выявляются утрачен- том числе ЦНИИ «Электроника». утраты или кражи на любых логистиче- ные позиции в огромном массиве ЭИ. ских участках. К основным функциям технического коми- Пресс-служба Объединённой тета относятся формирование программы на- В настоящее время система проходит фи- «Росэлектроники» циональной стандартизации, рассмотрение нальную доработку под требования одной предложений по применению международных из российских авиакомпаний. Автоматизация Автомобилестроение Особенности: • Световоды со степенью защиты IP68 • Диапазон температур: –40...+85°C Медицина • Возможно изготовление заказных изделий ОФИЦИАЛЬНЫЙ ДИСТРИБЬЮТОР 48 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 2 2018