Digitalverarbeitung in Analog- und Mixed-Signal-Designs

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Wie kann die Digitaltechnik nun dazu beitragen, die Fähigkeiten analoger Bauteile zu verbessern, um den Stromverbrauch eines Systems zu verringern? Ein spezielles und weit reichendes Beispiel ist die Antriebssteuerung. Gerade hier ist die Leistungselektronik und Analogtechnik entscheidend. Ein Digitalprozessor kann ein wesentlich besseres Motormanagement hinsichtlich Drehzahl und/oder Drehrichtung ermöglichen, was zu einer Stromeinsparung von etwa 40% führt.

Dies trifft vor allem auf große Antriebe in industriellen Anwendungen zu, nicht unbedingt auf preiswerte Verbrauchsmaterialien wie Spielzeug. Die Digitaltechnik ersetzt nicht die Analogtechnik, oder nimmt ihr etwas weg – sie ermöglicht einfach nur die digitale Steuerung zur Qualitätsverbesserung des Gesamtsystems.

Analog Devices und Infineon mit Beispiel-ICs

Mit diesen erweiterten Funktionen und der erhöhten Integration kann sich der Return on Investment sehr schnell einstellen – und das durch einen kleinen und leistungsfähigen digitalen Prozessor-Core. Der Beweis dafür ist, dass Analog- und Mixed-Signal-Bausteine, die eine Digitalverarbeitung enthalten, nun auf den Markt kommen. Ein Beispiel ist ein Mixed-Signal-Prozessor von Analog Devices: der ADSP-CMX40X enthält einen Cortex-M4-Prozessor und ermöglicht Entwicklern von Antriebssteuerungen, mehr Funktionen auf den Chip zu integrieren.

Der Baustein zielt auf energieeffiziente Anwendungen in der Industrie ab und ermöglicht präzisere Antriebssteuerungen, Photovoltaik-Wechselrichter und Servosteuerungen mit geschlossenem Regelkreis. Ein zweites Beispiel ist die XMC4000-Serie von Infineon: die Bausteine enthalten ebenfalls einen Cortex-M4 und zielen auf energieeffiziente Anwendungen in der Industrie ab.

Als drittes Beispiel sei die Lizenzierung des Cortex-M0-Prozessors durch Dialog Semiconductor genannt. Das Unternehmen will den Core als Controller in einer Reihe von Power-Management-ICs für die Versorgungssteuerung und das Batteriemanagement in Smartphones oder Tablets einsetzen.

Digitale Intelligenz

In ein paar Jahren, oder sogar noch früher, könnte die überwiegende Mehrheit oder zumindest ein hoher Prozentsatz an Analog-Mixed-Signal-Chip-Designs ein hochleistungsfähiges digitales Verarbeitungssystem zur Steuerung enthalten. Entwickler können dann ihre eigene Software dazu schreiben. Die Hauptanwendung wird vor allem im Bereich der Antriebssteuerung und Leistungselektronik sein, da die Mehrheit dieser Lösungen heute im Wesentlichen noch nicht intelligent ist.

Mit digitaler Intelligenz können Motoren enorme Mengen an Strom einsparen. Schätzungen gehen davon aus, dass Elektromotoren 40% der weltweit genutzten Energie verbrauchen – der größte Anteil trifft dabei auf Antriebe in der Industrie zu. Eine kleine digitale Behandlung der Analogtechnik könnte also für erhebliche Umwelt- und Kostenvorteile sorgen.

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