Technischer Support Der Distributor als Wegweiser im Wireless-Dschungel

Autor / Redakteur: Von Bernd Hantsche* / Jan Vollmuth

Wireless-Komponenten unterscheiden sich teils stark in der Spezifikation und bei Sonderfunktionen und empfehlen sich daher nicht als Katalogware. Aus diesem Grund macht das Lösungskonzept für eine Wireless-Applikation eine qualifizierte Beratung im Vorfeld unerlässlich.

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Wann wird eine große und symmetrische Massefläche benötigt? Wann wird diese geteilt und wie von anderen Schaltungsteilen am besten entkoppelt? Worunter leidet die Empfindlichkeit eines GPS-Moduls in mitten einer großen Schaltung? Was kann man am kostengünstigsten gegen Strahlung unternehmen? Diese und viele weitere Fragen stellen sich bei einem Layout für eine drahtlose Lösung. Sie lassen sich kaum pauschal beantworten, ohne sich mit der jeweiligen Schaltung beschäftigt zu haben.

Im Wireless-Bereich macht es wenig Sinn, Trends bei einzelnen Bauteilen zu betrachten. Vor allem bei technisch anspruchsvollen Chips sollte man die Zielapplikationen analysieren, also die Gesamtschaltungen, um eine Aussage über die künftige Entwicklung einzelner Komponenten geben zu können. Maßgeschneiderte Lösungen sind daher ein unerlässliches Verkaufsargument für einen Distributor wie Rutronik Elektronische Bauelemente. Dabei reicht die mögliche Palette vom hochintegrierten GSM-Modul mit GPS-Unterstützung und integriertem SIM-Karten-Halter mit aufgesetzten Antennen inklusive frei programmierbarem Mikrokontroller samt Speicher und Schnittstellen, bis hin zum Chip mit Minimalfunkfunktionen.

Im Vordergrund zunächst die Beratung: Mit seinem Center of Competence Wireless und einer dedizierten Wireless-Linecard versteht sich Rutronik als Beratungs- und Kompetenzschnittstelle zwischen Herstellern und Kunden. Wireless-Experten geben wichtige Hilfestellung und Unterstützung beim Planen und Realisieren drahtloser Anwendungen.

Präzise Informationen verkürzen die Entwicklungsdauer

Lars Mistander, Manager Wireless Competence Center, beschreibt die Aufgabe des Teams: „Wir wollen unseren Kunden die Komponenten unserer Hersteller präzise erläutern, so dass er die Funktion versteht und sie in seiner Anwendung nutzbringend einsetzen kann, ohne Zeit mit Fehlversuchen zu verschwenden.“ Das Center of Competence Wireless unterstützt Kunden beispielsweise beim Fehlerbeheben in Programmcodes, bei der Schaltungstechnik, beim Layout speziell für hochfrequente Signale und bei der Produktauswahl.

„Besonders kleine, flexible Entwicklungsschmieden zeigen uns täglich, was an konservativen Schaltungen verbessert werden kann. Teure Steckverbinder etwa werden einfach durch günstige Funkverbindungen ersetzt und anfällige Mechanik, wie beispielsweise ein Schleifkontakt, durch langlebige Transceiver ersetzt“, sagt Lars Mistander.

Ultra Low Power ist noch zu viel

Viele Funkanwendungen basieren auf Batterieversorgung. Der Stromverbrauch ist daher für den Produktmanager ein entscheidendes Kriterium. An dieser ist die Beratungskompetenz des Distributors bei der Orientierung im vielfältigen Angebot der Hersteller gefragt. „Neben den bekannten Low-Power- und Ultra-Low-Power-Chips von Infineon im Bereich 433 und 868 MHz decken auch die Produkte von Nordic Semiconductor das immer stärker gefragte 2,4-GHz-Band optimal ab“, erläutert Mistander. „Rutronik legt ebenso Wert auf protokollbasierte Funktechnologien: Microchip hat mit dem IEEE802.15.4 einen leistungsfähigen Transceiver entwickelt und stellt mit ZigBee und MiWi gleich zwei Protokolle zur Auswahl.“

Typisches Beispiel für einen Low-Power-Chip ist ein aktueller 868-MHz-Transmitter von Infineon, dessen integrierter Verstärker speziell für eine lange Batterielebensdauer entwickelt wurde. Ein PLL-Synthesizer, ein Strom sparender Power-Down-Modus sowie viele weitere Features und geringer Bedarf an externen Komponenten machen das Produkt besonders interessant für Fernbedienungen und Fernsteuerungen.

Jahrelanger Betrieb mit einer kleinen Batterie

Nordic Semiconductor deckt mit seinen Produkten alle ISM-Bänder ab, spezialisiert sich jedoch mehr und mehr auf die 2,4-GHz-Technik. Gemeinsam mit Nokia entwickelt Nordic derzeit den neuen Funkstandard Wibree, der parallel zu Bluetooth eingesetzt werden kann und sich besonders für schnurlose Computerperipherie eignet.

Von Nordic ist unter anderem ein FSK-Transceiver mit implementiertem Sensornetzwerkprotokoll verfügbar, der Maßstäbe hinsichtlich Low-Power-Networking setzt: Der Chiphersteller hat das ANT-Protokoll von Dynastream in seinen neuen Chips implementiert. Das Resultat ist ein Produkt, das im Betrieb über mehrere Jahre hinweg mit einer kleinen Batterie auskommt.

Microchip hingegen setzt auf den PAN-Standard IEEE802.15.4 und arbeitet zur Übertragung mit dem DSSS auf nur einem Kanal. Der ebenfalls im 2,4-GHz-Band agierende Transceiver eignet sich für ZigBee und ein Microchip-eigenes Opensource-Protokoll.

Diskreter Aufbau und teure Abnahmen müssen nicht sein

Natürlich lässt sich eine Wireless-Applikation realisieren, ohne gleich einen Spektrumanalysator zu benötigen. Rutronik bietet z.B. 2,4-GHz-Module von Vishay an, die sich mit Datenraten bis zu 8 MBit/s sehr gut in Multimediaapplikationen einsetzen lassen.

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Ergänzt hat Rutronik sein Portfolio um die Bluetooth-Module von Free2Move, bei denen alle Abnahmen und Freigaben eingeschlossen sind. Der Kunde kann hier zwischen verschiedenen Leistungsklassen wählen: mit integrierter Antenne oder als Modul für den Einsatz einer externen Antenne. Darüber hinaus hat der Broadline-Distributor spezielle Funkmodule für Soundstreaming im Portfolio.

Damit bietet Rutronik sowohl Lösungen für einen diskreten Aufbau bei Großserien an als auch entwicklungsfreundliche Module für kleine bis mittlere Serienvolumina.

Darüber hinaus hinaus steht das Unternehmen bei der Frage, welche Hardware für welche Applikation die günstigere ist, beratend zur Seite: „Oft fehlt in den Unternehmen das Entwicklungs-Knowhow für hochfrequente Funkchips, so dass sich manche Elektronikentwickler bei ihren Planungen verkalkulieren“, so Mistander. „Wir bedienen unsere Kunden mit Referenzdesigns und vermitteln bei Bedarf Design- und Testhäuser, die mit den jeweils eingesetzten Produkten bereits Erfahrungen besitzen. Auf diese Weise wird jedes Design zum Erfolg geführt.“

Mit RFID gegen Produktpiraterie

„Immer häufiger kommen Anfragen aus Unternehmen, deren Produkte bislang ohne elektronische Komponenten ausgekommen sind“, so Mistander. „Dies gilt besonders bei der berührungslosen Produktidentifikation.“ Hintergrund solcher Anfragen: Die Unternehmen möchten z.B. ihre Logistik optimieren oder ihre Produkte vor Plagiaten schützen. „Dies eröffnet uns eine völlig neue Zielgruppe“, sagt Mistander. „Dank unseres Partnernetzwerkes in den Bereichen HF-Design, Treiberprogrammierung und RFID-Anfertigungen, kann Rutronik auch unerfahrenen Kunden schnell zu einer Lösung verhelfen: beispielsweise mit RFID-Transpondern, die über mehrere Speicherbereiche verfügen.“

Diese Chips sind speziell beim Schutz vor Raubkopien hilfreich: Ein Speicherbereich wird bereits vom jeweiligen Siliziumhersteller mit einer eindeutigen Identifikationsnummer belegt, die sich weder löschen noch manipulieren lässt. Diese Nummer kann wiederum Kunden eindeutig zugewiesen werden – eine Verwechselung mit einer Raubkopie ist damit ausgeschlossen.

Ein RFID-Chip kann zudem mit individuellen Daten programmiert werden und somit beispielsweise Auskünfte über Herstelldatum, Version, Produktionszustand oder Reparaturhäufigkeit geben. Der große Vorteil: Die RFID-Technologie funktioniert auch unter rauesten Bedingungen zuverlässig – sie wasserfest, hitzebeständig, schmutzresistent, langlebig und praktisch unsichtbar.

Entwicklungsvorhaben genau analysieren

Die Applikationsspezialisten von Rutronik analysieren als weitere Dienstleistung Kundenprodukte und geben Anregungen bezüglich möglicher Innovationen. Dabei helfen sie zugleich, Fehlinvestitionen in der Entwicklungsphaser zu vermeiden.

„Wir beobachten derzeit auf Kundenseite einige Unsicherheit bei Funknetzwerken auf Sensor- und Aktorebene. Hier stellen sich vor allem Fragen nach Lizenzen, der Kompatiblität oder produktspezifischen Softwarestacks. Ein Beispiel: Viele Kunden, die ein ZigBee-Netzwerk aufbauen möchten, stoßen plötzlich auf kostengünstigere Alternativen, etwa MiWi. Welche Lösung ist nun die am besten geeignete? Dies erfordert zunächst eine detaillierte Netzwerkplanung. Die empfohlene Lösung ist dann oft nicht ZigBee wie zunächst angenommen.

Dies gilt auch für andere Wireless-Lösungen: „In einem Fall wollte ein Kunde seine Maschine mit einer einfachen 220V-Schaltlogik erweitern und diese zum Absenden von SMS nutzen. Er holte bei uns Rat zu GSM-Modulen ein“, berichtet Mistander aus der Praxis. „Nach Analyse des Entwicklungsvorhabens boten wir dem Kunden eine fertige Telemetrielösung direkt aus unserem Lager an“, schildert der Produktmanager, „damit entfiel für den Kunden der komplette Entwicklungsaufwand. Stattdessen musste er lediglich das Telemetriemodul per SMS konfigurieren und die Platine mit zwei Schrauben und vier Drähten in die Maschine einbauen. Jede eigene Entwicklung mit Relais, Spannungsversorgung und einem GSM-Modul wäre bei eher kleinen Stückzahlen eine Fehlinvestition gewesen.“

Die Entwicklung im Wireless-Bereich dauert an

Generell gilt: Fast jeden Tag werden neue Wireless-Lösungen vorgestellt. So wächst ein fast unüberschaubarer Wireless-Dschungel, zumal es an einheitlichen Standards fehlt. „Es bedarf schon eines guten Orientierungssinns, um gangbare Wege herauszufiltern. Unsere aktuelle Seminarreihe `ThinkWireless´ bietet unseren Kunden eine erste Orientierungshilfe“, so Mistander.

Dabei ist die Entwicklung im Wireless-Bereich noch lange nicht erschöpft: „In wenigen Jahren werden beispielsweise Digitalkameras mit Bluetooth, Wireless-USB, WLAN und GPS ausgerüstet sein und sich vollautomatisch mit anderem Technikequipment austauschen“, ist Mistander sicher. Schon heute kombinieren Handys Digitalkameras mit GSM bzw. GPRS.

Doch wofür GPS? Digitalkameras mit GPS-Modul würden sich beispielsweise beim Bau von Pipelines empfehlen, wo die Schweißpunkte zur Protokollierung der Arbeiten abgelichtet und dank GPS zusammen mit den Positionskoordinaten der Schweißnähte gespeichert werden.

„Dank rapide sinkender Preise für GPS wird diese Funktion künftig auch in Consumer-Geräten verbaut sein, so dass man nach einem Urlaub in Google-Earth nachvollziehen könnte, an welchen Stellen der Erde man welche Fotos geschossen hat. Dieses Feature hat Potenzial für einen neuen Massenmarkt“, so Mistander.

Bernd Hantsche ist Product Manager im Rutronik Wireless Competence Center

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