Quelle: ST

STMicroelectronics hat sein Angebot intelligenter Power-Module um die Varianten STGIPN3H60 und STGIPN3H60A erweitert. Die für den Einsatz in Haushaltsgeräten konzipierten Module sind in einem 29,15 x 12,45 mm großen NDIP-Gehäuse mit 26 Anschlüssen untergebracht und sind damit die bisher kleinsten derartigen Bausteine von ST. Jedes Modul enthält eine komplette dreiphasige Halbbrückenschaltung mit Hochvoltgatetreibern und IGBT-Leistungsschaltern sowie Freilauf- und Bootstrap-Dioden. Die Bootstrap-Dioden speisen die motorseitigen Hochvoltschaltungen, während das Treibermodul eingeschaltet wird. Die Integration dieser Dioden in das Modul mithilfe einer speziellen, patentierten Technik von ST senkt den Bedarf an externen Bauelementen zusätzlich.

Der STGIPN3H60A stellt für Anwendungen, in denen es auf niedrige Kosten ankommt, grundlegende Motortreiber-Funktionen zur Verfügung. Zu den zusätzlichen Features des Bausteins gehört ein frei verfügbarer Operationsverstärker, der von Ingenieuren beispielsweise genutzt werden kann, um in einem System mit feldorientierter Regelung dem Mikrocontroller eine Information über den Motorstrom zuzuführen. Für Übertemperatur- oder Überstrom-Shutdown-Funktionen ist zusätzlich ein Komparator vorhanden. Die intelligente Shutdown-Funktion des STGIPN3H60 erzeugt entweder eine einfache Störungsmeldung oder schaltet den Treiber im Notfall binnen 200 ns sicher ab.

Die wichtigsten Eigenschaften:

• IGBT-Eckdaten: 600 V/3 A
• Optimiert für geringe elektromagnetische Störabstrahlungen
• Unterstützung für Fixed-, Dead-Time- und Interlock-Betrieb
• UVLO-Funktion (Under-Voltage Lockout)
• Shutdown-Funktion
• Anschlussbelegung optimiert für einfaches Leiterplatten-Layout

1,57 mm Kriechstrecke zwischen Hoch- und Niederspannungs-Pins entspricht internationalen Sicherheits-Standards für Hochvolt-Bausteine

Die Bausteine STGIPN3H60A und STGIPN3H60 sind in Produktionsstückzahlen verfügbar. Die Preise betragen 5,80 US-Dollar (STGIPN3H60A) bzw. 6,00 US-Dollar (STGIPN3H60) – jeweils ab einer Bestellmenge von 1.000 Stück.

Mit jedem neuen Halbleiterprozess reduzieren sich die Strukturgrößen und damit auch der Leiterquerschnitt. Die Folge: Die Stromdichte in elektronischen Schaltungen steigen trotz niedrigeren Stromversorgungspegeln weiter an. Es ist daher abzusehen, dass sich auch Entwickler digitaler Schaltungen mit dem Thema Elektromigration auseinandersetzen müssen, um die Zuverlässigkeit ihrer Designs zu gewährleisten. Im Beitrag „Der Feind auf dem Chip“ beschäftigten sich Matthias Thiele und Jens Lienig von der TU Dresden erst einmal ausführlich mit den Ursachen (Elektronenwind) und Folgeerscheinungen (Hohlräume bzw. Voids und Materialanhäufungen bzw. Hillocks) der Elektromigration. Wie die MTTF-Formel (Mean Time To Failure) des Physiker J.R. Black zeigt, ist die Stromdichte der wesentliche Parameter, mit dem sich während des Schaltungsentwurfs die mittlere Lebensdauer einer Leiterbahn am leichtesten beeinflussen lässt. Dabei spiel nicht nur der Querschnitt der Leiterbahn eine entscheidende Rolle, sondern auch deren Verlauf. So kann sich die lokale Stromdichte durch 90°-Knicke erhöhen. Auch die Temperatur hat wesentlichen Einfluss auf die Lebensdauer einer Schaltung. Neben Stromdichte und Temperatur beeinflusst aber auch die Stromart die Anfälligkeit einer Schaltung für Elektromigration. Leitungen mit bidirektionalen und gepulsten Strömen zeigen im Vergleich zu Leitungen mit Gleichströmen und konstanten Strömen eine geringere Anfälligkeit für Elektromigrationserscheinungen. Daher ist die Stromfrequenz und Gleichstromanteile mit in die Überlegungen einzubeziehen.

Im zweiten Teil ihres Beitrags blicken die Autoren auf die ITRS-Roadmap und stellen fest, dass sich die Ströme mit jeder neuen Halbleitertechnologie nicht im gleichen Maße wie die Leiterbahnquerschnitte reduzieren und damit die Stromdichten weiter steigen werden. Höhere Stromdichten bedeuten aber auch eine stärkere Eigenerwärmung inkl. Hot Spots. Erschwerend kommt hinzu, dass bei kleineren Strukturen bereits kleinere elektromigrationsbedingte Schäden zum Ausfall des Bauteils führen können und daher die effektiven Stromdichtegrenzwerte unter dem Strich sogar noch sinken werden.

Faktisch werden bereit heute die durch die Elektromigration bedingten Stromgrenzwerte überschritten. Bisher reichen die verfügbaren Gegenmaßnahmen allerdings aus, um eine ausreichende Zuverlässigkeit der Schaltkreise zu erreichen. Die Prognosen legen nahe, dass es damit aber spätestens 2015 vorbei ist! Spätestens ab einer Leiterbahnbreite (Kupfer) unter 40nm werden die maximal zulässigen Stromdichtewerte überschritten. Damit begrenzt erstmals die Elektromigration die maximal erreichbaren Stromdichten. Die prinzipiell mit jedem neuen Technologieknoten erreichbare Strukturverkleinerung stößt so an ihre Grenzen und kann nicht genutzt werden. Die Situation kann nur durch die Erhöhung der Stromfrequenz (bei Vermeidung von Gleichanteilen) etwas entschärft werden, da sich dies positiv auf die Elektromigrationsfestigkeit auswirkt.

Den Artikel gibt es hier digital.

JR’s Bewertung: Ein Muss für jeden (Digital) Designer, der sich noch nicht mit Elektromigration beschäftigt hat.

JR’s Tipp: Einen ausführlicheren Beitrag zum selben Thema aus der Feder der Autoren gibt es hier.

Das Konsortium will den Designern bei der Entwicklung der am besten geeigneten Software-Architektur unter Berücksichtigung eventueller Hardware-Einschränkungen zur Seite zu stehen. Unterstützt werden diese Bemühungen durch Politecnico di Torino (Italien), École Normale Supérieure und INRIA (Frankreich), Interuniversitair Micro-Electronica Centrum (Belgien), Universidad de Cantabria (Spanien) und Tedesys (Spanien). Mit den von der Gruppe angebotenen Werkzeugen wird es möglich sein, die parallele Struktur einer Anwendung zu analysieren und Vorschläge zu deren Verbesserung zu unterbreiten sowie die Kommunikation zwischen mehreren Prozessoren zu steuern und den Code für eingebettete Multiprozessoren zu entwickeln. Darüber hinaus wird es eine Reihe von Verfahren und Tools geben, die das Laufzeitverhalten der Anwendung beeinflussen. Ziel ist es, die Leistungsfähigkeit der Plattform beispielsweise durch geeignete Frequenz- und Spannungswerte zu optimieren, damit letztendlich nur die Menge an Energie verbraucht wird, die zur Durchführung einer bestimmten Aufgabe erforderlich ist.

Um die Anwendbarkeit dieser neu entwickelten Werkzeuge und Programme unter realen Bedingungen sicherzustellen, sollen im Rahmen dieses Dreijahresprojekts Machbarkeitsstudien in zweierlei Anwendungsgebieten ausgearbeitet werden: geringerer Energieverbrauch, verbesserte digitale Funkkommunikation und visuelle Kontrolle für Anwendungen im Automobilbereich, beispielsweise bei Stereoskopiekameras zur Erkennung von Hindernissen und bei der Abstandsautomatik. Insgesamt sollen die Kosten für die Softwareentwicklung um 25 % reduziert und die Leistungsaufnahme von eingebetteten Systemen um fast 20 % gesenkt werden.

Quelle: TI

Texas Instruments stellt zehn Signalaufbereitungsbausteine (6 Repeater, 2 Retimer, 2 Mux/Buffer) vor, die als Treiber für schnelle Schnittstellenstandards wie 10G/40G/100G Ethernet, 10G-KR (802.3ap), InfiniBand, Fibre Channel und CPRI konzipiert sind. Sie wirken den Auswirkungen von Einfügedämpfungen, Jitter, Reflexionen und Übersprechen entgegen und erlauben nach Angaben des Herstellers größere Signalreichweiten bei einer niedrigeren Leistungsaufnahme (unter 6 mW je GBit/s) als andere Lösungen. So sollen auf FR-4-Leiterplatten bei 10-GBit/s-Signalen Übertragungsdistanzen von 130 cm und mehr bzw. 20 m auf 26-AWG-Kupferleitungen erreicht werden. Die Repeater nehmen 65 mW pro Kanal auf, während es bei den Retimern mit CDR 145 mW/Kanal sind.

Die Chips im Einzelnen:

•  Die multi-rate-fähigen, vierkanaligen Advanced Retimer DS125DF410 (9,8G bis 12,5G), DS110DF410 (8,5G bis 11,3G) und DS100DF410 (10,3G) – ausgestattet mit Multi-Tap-DFE (Decision Feedback Equalizer), adaptivem EQ (Equalizer), CDR (Clock and Data Recovery) und DE (De-Emphasis).

• Die multi-rate-fähigen, vierkanaligen Retimer DS125RT410 (9,8G bis 12,5G), DS110RT410 (8,5G bis 11,3G) und DS100RT410 (10,3G) mit adaptivem EQ, CDR und DE.
• Die achtkanaligen Repeater DS100KR800 und DS100KR401. Diese unterstützen x4/x8 10G-KR (802.3ap) und ermöglichen die reibungslose End-to-End-Entzerrung zwischen Host-Controller und Endpunkt in Senderichtung, wie es die Norm 802.3ap vorsieht.
• Der multi-rate-fähige Dual Lane 2:1/1:2 Mux/Buffer DS100MB203 bietet EQ‑ und DE-Funktionalität und unterstützt Datenraten bis 10,3G.
• Der Quad-Lane 2:1/1:2 Mux/Buffer SN65LVCP114 enthält einen linearen EQ und unterstützt Datenraten bis 14,2G.

Die Bemusterung der ICs hat bereits begonnen. Der Beginn der Massenfertigung ist für das Ende des ersten Quartals 2012 geplant. Die vierkanaligen Retimer werden in 7 mm x 7 mm großen Leadless-QFN-Gehäusen mit 48 Pins angeboten, während die achtkanaligen Repeater und der Dual-Lane-Mux/Buffer in 10 mm x 5,5 mm großen QFN-54-Gehäusen untergebracht sind. Den Quad-Lane-Mux/Buffer gibt es im 12 mm x 12 mm großen BGA-167-Gehäuse. Die empfohlenen Verkaufspreise der zehn ICs liegen zwischen 9,95 US-Dollar und 18 US-Dollar (ab 1.000 Stück).

Quelle: Murata

Die isolierten DC/DC-Wandler der ULT-Serie werden von Murata Power Solutions als Open-Frame-Ausführung im 1/32-Brick-Format angeboten, wie es die Distributed-power Open Systems Alliance (DOSA) definiert hat. Mit Abmessungen von 19,1 x 23,4 x 8,89 mm benötigen die Produkte, die wahlweise für Einsteck oder Oberflächenmontage verfügbar sind, weniger Leiterplattenfläche als andere 30W-Produkte auf dem Markt.
Die ULT-Serie wurde für einen großen Eingangsspannungsbereich (2:1) von 36 bis 75 VDC konzipiert, um den Anforderungen von 48V-und 60V-Batterie-Backup-Lösungen zu genügen. Die Wandler sind für den Temperaturbereich -40 bis +85 °C spezifiziert. Als erste Produkte der Serie kommen Versionen mit Ausgangsspannungen von 12 V, 5 V und 3,3 V auf den Markt, denen in Kürze weitere Varianten mit niedrigeren Ausgangsspannungen folgen sollen. Die maximale Ausgangsleistung von 30 W wird von der 12V-Version erreicht, während die Ausführungen für 5 V und 3,3 V für den Leistungsbereich 25 W entwickelt wurden. Die Netzausregelung der Ausgangsspannung beträgt typisch ±0,1 % von Vout unabhängig von der Eingangsspannung und ohne Abstiche bei der Leistung. Zum Ausgleich von Verlusten erlaubt eine externe Trimmfunktion das Regulieren der Ausgangsspannung in einem Bereich von -20 % bis +10 %. Die Isolationsspannung zwischen Ein- und Ausgang ist mit 1.500 V zertifiziert und entspricht damit dem international anerkannten Sicherheitsstandard EN/UL60950.
Zu den Eigenschaften der ULT-Serie gehört die Möglichkeit zur Fernein- und -abschaltung positiver oder negativer Logik, die Trimmfunktion für die Ausgangsspannung und eine Remote-Sense-Funktion. Hinzu kommt eine Reihe von Schutzeinrichtungen wie etwa ein Kurzschlussschutz für den Ausgang, eine bei Überhitzung ansprechende Shutdown-Funktion und eine Lockout-Funktion zur Abschaltung bei zu geringer Eingangsspannung.

Quelle: Intersil

Intersil erweitert seine Familie präziser Operationsverstärker um drei 40V-Vierfachverstärker mit niedriger Stromaufnahme, hoher ESD-Toleranz (4,5 kV HBM) und Gleichspannungsgenauigkeit sowie gutem Rauschverhalten. Die Bausteine werden im bipolaren PR40-Prozess des Unternehmens hergestellt.
Der ISL28407 arbeitet im Bereich 4,5 bis 40 V mit einer besonders niedriger Drift des Biasstroms von 0,3 pA/°C (-40 bis +85°C) und liegt damit nach Angaben des Herstellers um 30 Prozent unter dem vergleichbarer Verstärker. Der ISL28407 zeichnet sich außerdem durch einen niedrigen Offset von maximal 90 µV bei einer Offset-Drift von maximal 0,8 µV/°C aus. Damit erreicht der Baustein eine hohe Gleichspannungsgenauigkeit im gesamten spezifizierten Temperaturbereich. Die Stromaufnahme liegt pro Kanal max. bei 290 µA, die Bandbreite beträgt 1 MHz und das Spannungsrauschen 13 nV/√Hz bei 1 kHz.
Der ebenfall neue ISL28417 ist für den Einsatz in Sensor-Frontends, DAC-Pufferung, Präzisionsspannungsregelung oder rauscharmen Steuerungsanwendungen konzipiert, die mit einem breiten Signalbereich arbeiten. Er bietet höchste Leistung bei niedrigem Leistungsverbrauch von maximal 530 µA pro Kanal. Dabei erreicht das niederfrequente Spannungsrauschen lediglich 250 nVss (0,1 Hz bis 10 Hz) und 8 nV/√Hz bei 1 kHz. Die Offset-Spannung beträgt maximal 70 µV wobei ein Offset-Drift von 0,75 µV/°C nicht überschritten wird.
Ebenfalls bereits verfügbar ist der Baustein ISL28408, der die Stromaufnahme gegenüber dem ISL28417 noch einmal halbiert. Er benötigt nur eine Versorgungsspannung und bietet einen Rail-to-Rail-Ausgang. Der breite Eingangsbereich deckt Eingangssignale bis 0,5 V unterhalb des negativen Versorgungspegels ab. Die Rail-to-Rail-Ausgangsspannung mit großem Dynamikbereich, ein sehr geringer Offset von maximal 230 µV, das geringe Rauschen von 15,8 nV/√Hz bei 1 kHz, sowie die Stromaufnahme von maximal 250 µA pro Kanal in Verbindung mit dem weiten Versorgungsbereich von 3 bis 40 V (einfach) oder +1,5 bis +20V (dual), prädestinieren den ISL28408 für industrielle Anwendungen und die Instrumentierung.
Die Intersil-Bausteine ISL28407, ISL28408 und ISL28417 sind im 14-Pin SOIC-Package erhältlich und kosten bei einer Abnahmemenge von 1.000 Stück 2,75, 2,95 bzw. 2,70 US-Dollar.

Quelle: TI

Texas Instruments hat seine MCUs für den Einsatz in Stromzählern und Energieüberwachungsgeräten um die Produktfamilie MSP430F673x/F672x erweitert. Die 24 16-Bit Mikrocontroller der Serie verfügen als erste MCUs der Serie 6xx über integrierte 24-Bit-Sigma-Delta-Wandler und einen 320-Segment-LCD-Controller.
Der Sigma-Delta-Wandler ist einem mit programmierbarem Verstärker ausgestattet und bietet einer Genauigkeit von unter 0,1 Prozent über den dynamischen Bereich 2400:1. Somit erfüllt die Produkfamilie F673x/F672x die Anforderungen für Stromzähler der Klasse 0.1 und übertrifft die Anforderungen nach IEC62053/ANSI C12.20. Unabhängige Kanäle für Spannung, Strom und Sabotageerkennung vereinfachen die Entwicklung sicherer Messsoftware.
Der LCD-Treiber mit 320 Segmenten ermöglicht die Segment- und Blinksteuerung und unterstützt einen dualen Display-Speicher. Er kann außerdem im 8-MUX-Modus betrieben werden und mehrere LCD-Geräte ansprechen.
Die Echtzeituhr und der Kalender-Modus werden von einer separaten Spannungsquelle mit programmierbarer Lademöglichkeit betrieben und ermöglichen eine genaue Datenerfassung und Messungen ohne Datenverlust. Die MCUs zeichen sich durch eine geringe Stromaufnahme von 1,4 µA im Stand-By-Modus mit extrem schneller Wake-Up-Funktion mit einer Dauer von weniger als 3 µs aus.
Die Mikrocontroller der Serie MSP430F673x/F672x kosten in der einfachsten Variante 2,00 (LQFP-Gehäuse mit 80 Anschlüssen, 52 I/Os) bzw. 2,20 US-Dollar (LQFP-Gehäuse mit 100 Anschlüssen, 72 I/Os) bei einer Abnahmemenge von 1.000 Stück.

Quelle: ZMDI

Das Sensor-Signalkonditionierungs-IC ZSSC3016 von ZMDI für kalibrierte resistive Sensormodule kombiniert eine hochgenaue Verstärkung, eine Präzisions-A/D-Wandlung mit 16 Bit Auflösung und einen 18Bit-DSP für Linearisierungs- und Kalibrierfunktionen. Der hochauflösende Sensor-Interface-ASSP zeichnet sich durch spezielle Leistungsmerkmale für batteriegespeiste Low-Power-Geräte aus. Dazu gehören eine Gesamtstromaufnahme von unter 1 mA in Verbindung mit einem sehr geringen Ruhestrom von unter 250 nA, Betriebsspannungen zwischen 1,8 und 3,6 V und ein intelligentes Energiemanagement zur Gewährleistung des niedrigsten Gesamtstromverbrauchs.
Der ZSSC3016 enthält einen internen Regler zur Sensorspannungsversorgung mit einem ausgezeichneten Störspannungsunterdrückung (PSRR, Power Supply Rejection Ratio). Ein externer Pufferkondensator wird nicht benötigt.
Der ZSSC3016 arbeitet bei Temperaturen von -40 bis +85°C. Die Genauigkeit liegt unter ±0,10% FSO über den gesamten Temperaturbereich. Der ZSSC3016 bietet Offset-, Bereichs- und Temperaturkompensationen erster und zweiter Ordnung des gemessenen Signals. Entwickelt für die Korrektur resistiver Brückensensoren kann der ZSSC3016 einen korrigierten Temperaturausgang mit einem internen Sensor liefern. Die gemessenen und korrigierten Brückenwerte stehen an den digitalen Ausgangspins zur Verfügung. Diese können als I2C oder SPI konfiguriert werden.
Die digitale Kompensation von Signal-Offset, Empfindlichkeit, Temperatur und Nichtlinearität erfolgen über einen internen digitalen Signalprozessor mit 18 Bit, auf dem ein Korrekturalgorithmus läuft. Kalibrationskoeffizienten werden On-Chip in einem hochzuverlässigen, nichtflüchtigen, mehrmals programmierbaren Speicher abgelegt. Der ZSSC3016 lässt sich einfach über die serielle Schnittstelle und die PC-gesteuerte Kalibrationssoftware, die mit dem ZMDI Development Kit bereitgestellt wird, programmieren.
Der ZSSC3016 ist als Die für Wafer-Bonding verfügbar. Die Bauteile kosten 0,78 Euro / 1,09 US-Dollar bei Abnahme von 10.000 Stück. Muster und Wafer sind ab sofort erhältlich.