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- Published Technical Papers 2011-2014 all rights reserved and media publication ownership acknowledged PINK IS THE NEW GREEN ® ENABLING ENERGY EFFICIENT SOLUTIONS

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Page 1: Articles 19.1.2016

- Published Technical Papers 2011-2014all rights reserved and media publication ownership acknowledged

pink is the new green®

enabling energy efficient solutions

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sensor module design improves automotive electrical integration, functionality By Torsten Herz (ZMDI)June 2011 in EETimes

Sensor module design improves automotive electrical integration, functionality (Part 1)Torsten Herz, ZMDI6/24/2011 01:58 AM EDT

Thanks to state-of-the-art sensor-based control systems that provide precise real-time monitoring, automotive engines operate more efficiently and with lower environmental impact. One result of this improved performance is that the number of sensor applications in vehicles has realized double-digit growth over the past several years. The other result is a growing trend to add more sensor modules to vehicles. Such modules must be reliable and robust and operate with long-term stability and high precision under harsh physical, chemical, and electrical stress conditions.

Additionally, a set of built-in-diagnostic functions is required for automotive sensor modules to support the “maintenance-on-demand” policy of automotive OEMs as well as special failure-mode-operations required for safety-critical sensor applications like brake pressure sensing.

The chemical (i.e. media/humidity/corrosion resistance) and physical (shock; vibrations) robustness of sensor modules is mainly determined by the materials used, and the assembly and connection technologies. The electrical robustness (i.e. EMC) is determined by the application circuit, the chosen electric components (ICs, discrete parts), and the layout of the electrical connections, according to the application circuit.

This series will describe the latter aspect of the design of an automotive sensor module. The module incorporates a sensor signal conditioner (ZSC31150) to enable the design of highly accurate sensor modules operating at temperatures of -40 to +150C and providing EMC performance and a set of on-chip-protection and diagnostic features addressing safety-critical applications at SIL2-level. By clever electrical design of the sensor module considering all EMC-related parameters (i.e. parasitic capacitances and inductances), high electrical robustness and built-in-diagnostic functionality can be achieved at optimized module cost, together with very high accuracy of the measured signal.

Because the mechanical design and the interconnection between a sensor system and the processing unit have a major influence on their electromagnetic behavior, it is essential to separate “embeddedsensing functions” and “stand-alone-sensor modules”.

In case of embedded sensing functions (ESF) the sensor electronics are placed closed to the processing unit—in automotive applications this is an ECU (Electronic Control Unit). The connections between ESF and ECU are typically very short (<< 30 cm) and normally realized as traces on a PCB. Modern ESF provide a digital interface (i.e. SPI), which is connected to the microcontroller of the ECU. Because of this closed placement on the same PCB there are several options in order to fulfill the tough automotive requirements in terms of EMC (i.e. shielding or use of external protection parts). One example for an ESF is barometric pressure sensing.

For stand-alone-sensor modules (SASEM), the situation is completely different. These are typically connected to an ECU via an unshielded harness of up to 2.5 meters in length. The available board space inside the module’s case (made of metal or plastic) is very limited and trends to further miniaturization because lower material consumption equals lower weight, which in turn equals lower cost.

Depending on the mode of power supply (battery-powered or ECU-powered) there are various output interfaces:

Battery-powered SASEM:

• PWM output (high-side-load)• PWM output (low-side-load)• CAN-bus interface• LIN-bus interface• Absolute analog voltage output

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ECU-powered SASEM:

• Ratiometric analog voltage output• SENT interface (fast digital unidirectional point-to-point data transfer)• PSI5 interface (digital 2-wire-current-coded data transfer)

Typical construction of an automotive pressure sensor module

For passenger cars it is still very common to use ECU-powered SASEMs, which provide a ratiometric analog voltage output. The typical supply voltage amounts to 5 VDC ±10% and the current consumption of a SASEM should amount to ≤10 mA. The operational conditions are quite harsh as mentioned at the beginning, which leads to the exclusion of some effective passive protection parts such as ferrite beads, which operate at temperatures only up to +125C.

Depending on the module’s design (i.e. the material of the module’s case), two additional 10nF (maximum) capacitors (shown in green in the figure below) at the differential inputs VINP and VINN to VSSA might be required in order to fulfill the EMC specification of the SASEM—this leads us to typical automotive EMC requirements.

ZSC31150 automotive application circuit

Basically the electromagnetic characteristic of systems like SASEMs is split into areas—electromagnetic emissions (conducted or radiated) and electromagnetic immunity (conducted or radiated). The limitation of electromagnetic emissions ensures that other electrical systems are not disturbed by operation of a SASEM. Thus, the active electronics inside a SASEM determine its “emission performance.” By proper IC design and at digital on-chip-clock frequencies <5 MHz (i.e. ZSC31150 for DSP-on-chip typically operates at 3 MHz), common ISO- and OEM-standards for electromagnetic emissions of SASEMs can be fulfilled.Electromagnetic immunityIn terms of electromagnetic immunity against continuous or transient RF energy, there are several standardized test methods for both conducted and radiated modes of RF-energy transfer to the SASEM. Because of the small dimensions of the SASEM itself and of its internal conductive parts, there is no effective RF antenna for radiating RF energy up to 1 GHz—all dimensions are smaller than the length la of an equivalent λ/4 dipole. On average, this length is approximately 50 mm at 1 GHz as calculated with equation (1).

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Up to 1 GHz, the primary effective antenna for RF energy is the SASEM’s harness. However, there is a trend to expand the EMC test procedure frequency range to 3 GHz (or more). In this case, the effective length la of an equivalent λ/4 dipol decreases to approximately 20mm as calculated by equation (1), and conductive structures on the module’s PCB with a length >15mm can be an effective antenna for radiated RF energy. To prevent susceptibility at field strengths up to 600V/m, shielding of sensitive signal paths might be required.

Their susceptibility is measured by EMC test procedures. There are different test configurations for radiated and conducted immunity (i.e. stripline, anechoic chamber, bulk current injection, etc). One of the toughest tests for common automotive SASEMs regarding immunity against continuously applied RF energy is the Bulk Current Injection (BCI) test, which belongs to the radiated immunity EMC test group. Typically the frequency range tested is 1 to 400 MHz. The test simulates worst case conditions for RF cross-coupling in a harness for different electric subsystem’s wires assembled inside a car. Because of the small distance between RF source (emitting harness or wire) and RF sink (harness of the sensor module), the induced energy can be very high and is measured in “mA” or “dBµA” during the BCI test. To ensure the induced energy can influence only the sensor module during the test, the ECU is replaced by a standardized artificial network and typical circuitry at VSIGNAL, which represents the input impedance of the original ECU used in the car as shown below.

BCI test circuitry and equivalent RF circuitry of the SAREM for the circuit in the first figure on the previous page and Case 1 in the table to follow

It is important to note, customizing this circuitry for each EMC test before designing the module is strongly recommended because different EMC test circuitries can make different module designs necessary. Typically “universal” solutions are too expensive.

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To fulfill the harsh automotive EMC requirements, all relevant electrical parasitics, especially capacitances between the electric sensor circuitry and other conductive parts of the SASEM, need to be considered as shown in the figure above.

There are a number of different configurations possible for the module’s construction and its assembly inside the car as listed in Table 1 below. The case and the pressure supply adaptor (PSA) can each be plastic or metal and each can have a galvanic contact with the chassis or no contact.

Table 1: Possible configurations of module construction and automotive assembly

In Table 1, configurations 1 and 10 represent the extremes regarding the equivalent RF circuitry at the BCI test. With configuration 1, all parasitic impedances are maximums; with configuration 10, they are minimal or short circuited.

The first consideration is the electromagnetic coupling between the BCI antenna and the harness. If the frequency of the RF current IRF is in the range of the initial resonance frequency of the segment of harness between the RF-emitting BCI antenna and the DUT, then the induced current IRF_sink is maximum. The induced current value is determined by the parasitic impedances, especially by ZC_GND.

As IRF_sink increases, its influence on the DUT becomes stronger. The worst case is configuration 10, because ZC_GND = 0 Ω (galvanic contact between case and the car’s chassis) and ZPSA_C = 0 Ω(galvanic contact between PSA and case). In this case IRF_sink is limited by the impedance of the parasitic capacitances of the DUT’s signal paths V+, VOUT, and V- relative to the case and of the sensor bridge relative to the PSA.

But there are additional parasitic capacitances (i.e. the internal signal paths relative to the case), which could also decrease the RF susceptibility of the DUT.

An example:

• Tolerance allowed for the analog output voltage of the DUT = ± 40 mV (nominal value)• Effective gain “G” of the SSC-IC: G = 400• DC bridge resistance = 4 kΩ / resulting AC bridge impedance at its differential terminals = 2 kΩ

Thus the limit of the differential bridge voltage’ s change caused by RF energy: (± 40 mV / G) = ± 0.1 mV. And the resulting limit of the difference between the bridge’s partial currents: ± 0.1mV/2kΩ = ± 50nA!

This very simplified example illustrates the influence of the mechanical construction and selected materials on the EMC behavior of the sensor module. It is even more challenging to define parasitics under the conditions of high volume automotive production with consideration for the system’s cost.

Torsten Herz, is FAE manager at ZMDI.

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센서 및 센서 시스템에 대한 오늘날의 고객들은 모듈

크기, 동작 복잡성, 가격, 에너지 소모 등은 물론

전체 비용의 절감과 같은 성능 파라미터가 향상되기를 기

대하고 있다. 압력, 온도, 무게, 유량, 토크, 진동, 장력,

변형 등과 같은 환경 조건들을 결정할 때 정보와 및 성능

요구사항에 대한 일반적으로 끊임없이 증가하고 있는 요

구로 인해 소비가전과 산업용 애플리케이션 모두에 대한

요구 역시 지속적으로 증가하고 있다. 이것은 결과적으로

센서 민감도, 해상도, 간섭 내성, 정밀도 등에 대한 보다

높은 요구로 이어진다. 이러한 맥락에서 직접 버스 연결

을 제공하는‘스마트 센서’시스템 개념은 최근 수년 동

안 지속적으로 폭넓게 수용되어 왔다. 이러한 시스템 접

근법은 일반적으로 다음과 같은 기능 요소들로 구성되어

있다: 센서, 아날로그 신호 조정(증폭, 오프셋 보정 등),

아날로그-대-디지털 변환, 디지털 신호 보정, 버스 인터

페이스, 디지털 분석.

현재 스마트 센서는 특히 고정밀도 센서 애플리케이션

과 함께 사용될 경우에 시장에서 출시되고 있는 새로운 제

품들을 위한 사실상의 표준으로 간주되고 있지만, 여전히

실제 신호 조정 및 처리와 관련하여 매우 다양한 수준의

성능을 제공하고 있다. 예를 들어, 궁극적으로 최종 측정

결과가 전체 신호 범위의 수십 %에 이르는 잡음을 나타낼

지라도 기업들은 일반적으로 16bit 신호 해상도를 제공하

는인터페이스또는신호조정IC를광고하여제공하고있

다. 이러한 경우에 사용자들은 요구되는 성능을 가상 형태

로만 확인할 수 있는 데, 최종 측정 결과의 낮은 신호 품질

로 인해 예를 들면 원래의 범위에서 사실상 10bit에서

12bit 정도에 불과한 유효 해상도만이 제공되기 때문이다.

이러한 이유로 인해 시스템 개념들뿐만 아니라 회로별 아

날로그 간섭의 제거, 보상, 또는 적어도 최소화가 여전히

필요하고, 다시 말해 보다 소형화된 기술로 이동하는 경우

에반복적으로중요한태스크가되고있다.

다행스러운 것은 기반 기술에 상관 없이 고해상도의

에너지 효율적인 저잡음 스마트 센서를 구현할 수 있는

유효하고 매우 효과적인 회로 토폴로지와 접근법이 존재

한다는 것이다.

고해상도저잡음정밀스마트센서위한비율계량성과디지털신호보정특수한 아날로그 및 디지털 센서 신호 처리 개념을 사용하여 간섭에 대해 내성이 있는 고정밀도 센서 신호 측정을 지원할 수 있다.

비율계량성(ratiometricity) 또는 신호 조정 등과 같은 제시된 개념들을 적절히 활용함으로써 에너지 효율적인 고성능 표준 솔루션을

신속하게 개발할 수 있다.

글/마르코 마일랜드(Marko Mailand) 의료, 소비가전, 산업 사업부, ZMDI

90 Semiconductor Network 2012.2

Application Review

ratiometricity and Digital signal correction as Key-concepts for High-resolution, low-noise smart sensors By Marko Mailand (ZMDI)February, 2012 in Semiconductor Network

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비율계량성(ratiometricity)

비율계량 측정 원리는 전력공급에서 간섭 현상을 제

거하는 데 일반적으로 사용되는 개념이다. 비율계량 측정

방법에서 요구되는 측정 양은 일반적으로 간섭을 나타내

는 2개의 양의 비율이다. 하지만, 이와 관련해서 간섭이

실제 측정에 영향을 미치지 않는다는 것이 중요하다. 예

를 들어, 비율계량 값은 공급전압에 대해 독립적이다.

그림 1은 측정된 전압 V1과 V2에 대한 저항 R1과 R2의

비율이 공급전압의 절대값 VDD에 대해 독립적이라는 것

을 보여주고 있다. 결과적

으로 R1의 값을 알고 있을

경우에 전압의 비율을 측

정한 다음 공식: R2 =R1·

V2/V1을 사용하여 저항 R2

를 결정할 수 있다.

시스템-통합 접근법의

경우, 이 원리를 확장하여

복잡한 센서 인터페이스와

SSC(sensor signal conditioning) IC(예를 들어, ZMDI

의 ZSI21013와 ZSSC30xx, MAXIM의 MAX1452,

ATMEL의 AT77C104Bx 등이 있다)에서 사용할 수 있다.

비율계량 토폴로지를 통해 공급전압 간섭에 대해 근본적

으로 내성을 가지고 있으면서 16bit의 유효 신호 해상도를

제공하는 거의 잡음이 없는 애플리케이션을 지원할 수 있

다. 기본적인 비율계량 원리를 SSC의 증폭기와 ADC

(analog-digital converter)

에 적용할 수 있다. 이 경우,

내부 IC 레퍼런스 전압 Vref

또는 Vrp 및 Vrn를 저항 브리

지 센서 요소의 공급전압 VDD

로부터 직접 얻을 수 있다(그

림 2). 결과적으로 VDD에 대

한 간섭이 시스템적으로

ADC의 입력 전압에 대한 센

서 전압 VIN의 비율에 영향을

미치지 않는다. 따라서, 공급

전압 VDD의 IC-내부 절대 수준이 변화하는 경우에도

A2D-컨버터의 출력 Zout에 대한 스퓨리어스 영향은 나타

나지 않는다. 원칙적으로 다음 식을 이 경우에 적용할 수

있다:

VIN VoffZout =2resolution· GAMP· + Vrp -Vrn Vrp -Vrn ,

여기서 GAMP은증폭을, Voff은신호경로내의내부오프

셋을 나타낸다. 뿐만 아니라, 향후 SSC 세대를 위해 개념

들의 적용 가능성이 최적의 전압 레귤레이터를 사용하여

저전력 공급전압을 한층 더 억제하기 위한 학계와 산업의

연구 과제이다. 따라서 LDO(low dropout regulator)를

통해 스마트폰과 같이 상당한 수준의 간섭이 나타나는 환

경들에서 고해상도 저전력 센서 시스템을 사용할 수 있

다. 이와 관련하여 전압 레귤레이터는 신호 경로의 기성

커패시턴스로 인한 동적 손실을 감소시켜 16bit에서

24bit까지의 유효 해상도와 각 실리콘-공정과 관련된 최

소 트랜지스터 공급 전압까지 동작 전압을 제공하면서 동

시에 비율계량 신호 경로를 활용하는 시스템을 제공할 수

있다.

신호 조정 및 AZ(auto-zero) 조정

아날로그 성능 파라미터들 외에도 디지털 신호를 보

정할 수 있는 표준 SSC의 성능 역시 매우 중요하다. 일반

적으로 센서 시스템들은 센서 요소 자체의 특성은 물론

2012.2 Semiconductor Network 91

고해상도저잡음정밀스마트센서위한비율계량성과디지털신호보정

그림 1. 비율계량 측정 회로의 기본 예제

그림 2. 저항 브리지 센서 신호 측정을 위한 비율계량 토폴로지

( )

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실제 가변 측정 값(기압, 수압, 비틀림 진동 등)으로 인해

고유한 비선형성을 나타낸다. 뿐만 아니라, 센서 신호와

환경 또는 센서 시스템 온도 사이에는 비선형적인 관련성

이 나타난다(저항 센서에 대해서는 적용되지 않는다).

결과적인 측정 값을 선형화시켜 최적의 방법으로 연

속적인 분석을 지원하기 위해서 최신 SSC들은 수많은 신

호 조정 계수들을 사용하는 디지털 처리 유닛을 특별히

채택하고 있다. 해당 요구 보정 지점들은 각 센서 IC에

따라 달라지며, 개별적으로 획득되어야 하기 때문에 센서

시스템의 어셈블리 시에 일반적으로 수행된다. 뿐만 아니

라, 이러한 강화된 SSC는 통합 온도 센서를 제공하여 통

합 브리지 센서와 온도 신호 보정의 모든 이점들을 유지

하면서 BOM(bill of material)을 최소화시킨다.

‘AZ(auto-zero) 측정’을 사용하여 내부 회로 신호 오프

셋 Voff을 계산할 수 있기 때문에 최종적으로 센서 신호를

실제 요구되

는 값으로 보

정할 수 있다.

이렇게 하기

위해서 신호

경로를 IC 입

력에서 직접

단락시킨다

(그림 3). 신

호 보정뿐만

아니라 AZ

측정 역시 시스템 안정성, 드리프트 동작 등과 같은 파라

미터들을 모니터링하기 위한 고유한 애플리케이션 진단

기능들을 지원한다.

이러한 방법들 덕분에 비선형 및 온도 민감 변수들과

센서 신호 모두를 연결된 실제 정보 처리 단을 위해 이상

적으로 준비할 수 있다(그림 3).

표준기능

앞서 언급한 특성들, 현재 및 미래의 센서 인터페이

스, SSC 회로 등은 업계-표준을 준수하며, OWI(One-

Wire Interface), I2C, SPI 등과 같은 유연한 디지털 인

터페이스를 제공한다. 일반적으로 프로그램 가능한 해상

도와 분할을 제공하는 CB(charge-balancing) 아키텍처

가 보다 낮은 샘플링 속도를 제공하는 저전력 애플리케이

션의 ADC를 위한 기본 IP로서 사용되며, 시그마-델타

접근법들은 1k sps(sample per second) 이상의 샘플링

속도를 제공하면서 상대적으로 전력이 중요하지 않은 스

마트 센서 시스템에 채택된다.

분할된 CB-ADC의 경우, 완전 MSB(most significant

bit) 변환과 통합 MSB/LSB(least significant bit) 변환

사이에서 선택할 수 있다. 두 경우 모두, 특정 영역의 애

플리케이션을 위한 최종 측정 값에서 변환 속도와 추가적

인 잡음 감소에 대한 알맞은 비율을 선택하여 지정할 수

있다. 아날로그 전치-증폭(정밀하게 프로그래밍될 수 있

음) 및 조정 가능한 ADC 입력 오프셋 시프팅을 사용하여

이와 같은 IC들을 환경적인 신호와 센서 요소 특성들(특

히 오프셋, 민감도, 측정 범위 등)에 따라 결정되는 다양

한 신속 곡선들에 대해 최적화시킬 수 있다. 무엇보다 표

준이지만 애플리케이션 지정 IC로서의 이용 가능성 때문

에 특정 시장에서 임지 경쟁이 시작되었다: 각 SSC 회로

들에 대한 지속적인 기술 향상(기능 및 파라미터), 소형

화, 저비용화. 결과적으로 이러한 기본적이고 고유한 사

실은 새로운 미래형 스마트 센서와 개별 애플리케이션들

의 개발을 위해 공통적으로 이용 가능한 다양한 센서 신

호 조정 IC를 제공한다.

에너지효율은필수사항

최대 1mA의 전류 소모 특성(A2D 컨버터 등)으로 최

소 1.8V의 낮은 공급전압 조건에서 동작하는 것은 기존

및 향후 SSC를 위한 오늘날의 표준 요구사항이자 최신

기술이다. 가능한 그 이상으로 에너지 효율적인 센서 애

플리케이션을 만들기 위한 하나의 접근법은 SSC가 다양

한 동작 모드를 제공하도록 하는 것이다. 이와 관련하여

일반적으로 사용되는 3가지 주요 모드는 다음과 같다(그

림 4와 비교).

•연속/업데이트 모드: 모든 IC-내부 블록들에 지속

92 Semiconductor Network 2012.2

Application Review

그림 3. 센서 시스템의 보정. 고장 영향 보상 및 선형화

Page 9: Articles 19.1.2016

적으로 전력이 공급된다. 측정 요구에 대한 IC

반응이 최대이다. 심지어 A2D-변환이 수행되

지 않는‘비활성’기간에도 전류가 소모된다.

이와 관련하여 추가적인 측정 요구 명령어 없이

주기적인 업데이트 측정이 수행된다. 그에 맞게

각 결과들을 조사할 수 있다.

•슬립/웨이크-업 모드: 거의 인터페이스만이 디

지털 인터페이스 버스에 집중하고 있다. 유효한

명령어를 수신한 경우에만 개별적으로 필요한

IC-블록들에 전력이 공급되고, 명령어 요청, 예

를 들어 센서 측정 수행 등이 처리된다. 따라서,

IC-활성화가 필요하지 않을 경우에는 대기 전

류만이 소비된다. 반면, 명령어 요청에 대한 응

답 시간이 연속 또는 업데이트 모드 대비 다소

늦어진다.

•명령어/테스트 모드: 모든 IC-내부 블록들에

전력이 공급되지만 명령어에 의해 오프 상태로

전환될 수 있다. IC 시스템 아키텍처에 대한 특수한

지식과 정보가 필요하다. 일반적으로 이러한 종류

의 동작 모드는 테스트 목적을 위해 사용되거나 개

별 고객의 SSI 및 SSC 디바이스에 대한 IC-제조업

체의 애플리케이션별 지원을 가능하게 한다.

예를 들어, ZMDI의 ZSSC3016의 경우, 특히 슬립 모

드가 평균 전력소모를 최소화시킨다. 슬립 모드에서 회로

는 사실상 파워-다운 상태(1μA 미만의 전류 소모 가능)이

기 때문에 버스 명령어 또는 적절한 회로 ID를 수신한 경

우에 1초 이내에 웨이크-업 상태가 될 수 있다. 웨이크-

업 상태가 되면 IC가 즉시 대기 모드로 복귀한 다음 완벽

한 센서 측정이 수행된다. 인터페이스 프로토콜에 따라서

결과적인 측정 값을 대기(저전력) 모드에서도 평가할 수

있다. 유사한 전력 감소 성능이 MAXIM, ATMEL 등의

IC들에서 제공되고 있는 것으로 알려져 있다.

전체 전력 소모 특성에 영향을 주어 최소화시킬 수 있

는 추가적인 접근법은 전압 영역 분할(voltage domain

sectioning)이다. 따라서, 레귤레이터, 리셋 블록, IC의

인터페이스 등이 아날로그 센서 프론트-엔드 및 디지털

계산 유닛 등보다 넓은

공급전압 범위에 대해

설계된다. 후자들이 최

소(내부 레귤레이션) 공

급전압 조건에서 동작

한다. 일반적으로 SSC

-디바이스가 외부 연

결 센서 요소들에 대한

공급전압(최소 내부 레

귤레이션 공급전압임)

도 제공한다. 결과적으

로 센서 요소의 전류 소모 특성 역시 SSC의 낮은 다운-레

귤레이션 공급전압에 의해 낮아진다. 결과적으로 초당 1

회의 벤치 테스트 시나리오에서 이용 가능한 첨단 회로들

이100μA 이하의평균전류소모특성을제공한다.

마지막으로 최신 SSC-회로 제품의 출시로 인해 최근

까지 ASIC-기반 또는 개별 칩 솔루션을 통해서만 제공

되었던 성능 파라미터들과 지원하면서도 크기가 최적화

되고 에너지 효율적인 스마트 센서를 개발할 수 있는 표

준 IC 시장이 제공되게 되었다.

2012.2 Semiconductor Network 93

고해상도저잡음정밀스마트센서위한비율계량성과디지털신호보정

그림 4. 일반적인 SSC 동작 모드

그림 5. 헤더

SN

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www.elektronik-industrie.de 3elektronik industrie 03 / 2012

Österreich-SpecialDie Elektronikindustrie im Fokus: Österreichs Firmen präsentieren sich und ihre Produkte Seite 16

Analog-/Mixed-Signal-ICsEnergieeffi zienz und störfeste Signalverarbeitung für hochgenaue intelligente Sensoren Seite 68

StromversorgungenUrsache und Minderung des Grundrauschen von DC/DC-Schaltwandlern Seite 28

Selber machen lohnt nicht mehrPunktsieg für modulare DC/DC-Wandler Seite 24

Das Entwickler-Magazin von all-electronics

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Heutige Marktanforderungen an Sensoren und Sensorsys-teme erwarten steigende Leistungsparameter bei sinken-den Gesamtkosten: Modulgröße, Bedienkomplexität, Preis und Energieverbrauch. Die Ermittlung von Umge-

bungseigenschaften, wie beispielsweise Druck, Temperatur, Ge-wicht, Durchfluss, Drehmoment, Vibration, Tension, Dehnung, etc. führen dabei sowohl im Consumer-Bereich als auch im Indus-triesektor zu stetig wachsenden Ansprüchen an die Empfindlich-keit bzw. Auflösung, Störfreiheit und Genauigkeit. In diesem Zu-sammenhang hat sich das Systemkonzept des intelligenten Sensors (smart sensor) mit direkter Busanbindung in den letzten Jahren immer mehr etabliert. Intelligente Sensoren setzen sich dabei prin-zipiell aus den Funktionselementen: Sensor, analoge Signalaufbe-reitung (zum Beispiel Verstärkung, Offsetkorrektur) Analog-Digi-tal-Wandlung, digitale Signalkorrektur und digitale Auswertung zusammen.

Während insbesondere für hochgenaue Sensorapplikationen der smarte bzw. intelligente Sensor de facto als Standardkonzept für Neuerscheinungen am Markt gilt, existiert noch immer eine sehr

Nutzsignalauflösung: 16 effektive BitEnergieeffizienz und störfeste Sensor-Signalverarbeitung

Die Erweiterung bekannter, analoger und digitaler Sensorsignalverarbeitungskonzepte mit gezielten Energiespar-lösungen ermöglicht störfeste, hochgenaue Sensorsignalmessungen bei reduzierter Leistungsaufnahme. Die Umsetzung der hier adressierten Konzepte ebnet den Weg für energieeffiziente High-Performance-Standard-Lösungen im Bereich der Smarten/Intelligenten Sensoren. Autor: Dr. Marko Mailand

unterschiedliche Leistungsbandbreite, was die eigentliche Signal-aufbereitung und -verarbeitung und insbesondere die Leistungs-aufnahme angeht. So ist es beim Übergang zu kleineren Technolo-gien immer noch und immer wieder eine Hauptaufgabe, alle schal-tungsspezifischen, analogen Störeinflüsse zu eliminieren, zu kom-pensieren oder zumindest zu minimieren. Anderseits sind bewährte Konzepte und Lösungen zu verändern, um den Forde-rungen nach Energieeffizienz nachzukommen. Häufig führt dies zu konträren Lösungskonzepten.

Nichtsdestotrotz existieren Schaltungstopologien und -ansätze die technologieunabhängig ihre Gültigkeit und insbesondere ihre Wirksamkeit für die Realisierung von hochauflösenden, energieef-fizienten, rauscharmen, intelligenten Sensoren behalten.

Einfacher Ansatz – Große WirkungEin vielfach eingesetztes Konzept zur Beseitigung von Störeinflüs-sen auf der Spannungsversorgung ist das ratiometrische Messprin-zip. Ratiometrische Messungen zeichnen sich dadurch aus, dass das Messergebnis als Quotient zweier Größen gesucht ist, welches

Analoge-/Mixed-Signal-ICs

68 www.elektronik-industrie.deelektronik industrie 03/2012

68_ZMDI 595 jj.indd 68 02.03.2012 15:51:08

Nutzsignalauflösung: 16 effektive BitBy Marko Mailand (ZMDI)March, 2012 in elektronik industrie

typischerweise von Störungen überlagert ist. Dabei ist jedoch ausschlaggebend, dass die Störungsüberlagerung die eigentliche Messung nicht beein usst. Eine ratiometri-sche Größe ist zum Beispiel unabhängig von der Versorgungsspannung.

Bild 1 zeigt am einfachen Beispiel, dass das Verhältnis der gemessenen Spannun-gen V1 und V2 an den Widerständen R1 und R2 unabhängig vom Absolutwert der Betriebsspannung VDD ist. Somit kann bei bekanntem Wert für R1 durch Messung des Spannungsverhältnisses auf das Wider-standsverhältnis bzw. auf R2 geschlossen werden, wobei gilt: R2 = R1 x V2 / V1.

Genau dieses Grundprinzip wird in Sen-sorinterface- und Sensor-Signal-Conditio-ning Standardschaltkreisen (SSC) von ZM-DI (beispielsweise ZSSC3016 und ZSSC3017) eingesetzt, um quasi rausch-freie und betriebsspannungs-störfeste Ap-plikationen mit einer Nutzsignalau ösung von e ektiven 16 Bit zu ermöglichen. Als Erweiterung des ratiometrischen Grund-prinzips werden hierbei die IC-internen Referenzspannungen beispielsweise für den Verstärker und den Analog-Digital-Wandler (ADC) direkt von der entspre-chenden Versorgungsspannung VDDB des resistiven Brücken-Sensorelements abge-leitet (Bild 2). In Folge dessen wirken sich Störungen auf VDDB nicht auf das Verhält-nis der Sensorspannung VIN zur Eingangs-spannung am AD-Wandler aus. Dies führt wiederum dazu, dass bei verbleibenden Schwankungen auf der Versorgungsspan-nung VDDB zwar die IC-internen Absolut-pegel variieren, jedoch keinerlei Schwan-kungen im Wandlungsergebnis au reten.

Für die neueste SSC-Generation von ZMDI wurde dieses Konzept erweitert. Mittels leistungsarmer Betriebspannungs-unterdrückung durch einen geeigneten Spannungsregler ist es mit dem ZSSC3016 möglich, low-power Sensorsysteme in stark gestörten Applikationsumgebungen einset-zen zu können, zum Beispiel in Smart-Phones. Der Spannungsregler verringert

dabei dynamische Verluste an parasitären Kapazitäten im Signalpfad und ermöglicht einerseits 16-Bit-genaue Systeme bei Be-triebsspannungen bis 1,8 V unter gleichzei-tiger Ausnutzung eines ratiometrischen Signalpfades.

Energieeffi zienz durch clevere SpannungsversorgungDer Betrieb bei niedrigen Betriebsspan-nungen bis hinunter zu 1,8 V bei gleichzei-tiger IC-Stromaufnahme von höchstens 1 mA sind Grundansätze, die bei aktuellen SSC-Neuentwicklungen von ZMDI, wie dem ZSSC3016, verfolgt werden. Um darü-ber hinaus energiee ziente Sensorapplika-tionen zu ermöglichen, bieten ZMDI-SSCs verschiedene Operationsmodi, wobei ins-besondere der Wake-Up- oder Sleep-Mode den Gesamtenergieverbrauch minimiert. Dabei ist der Schaltkreis in einem Quasi-Power-Down-Zustand (Stromaufnahme weniger als 250 nA), aus dem er innerhalb weniger Sekundenbruchteile per Bus-Kommando oder passende Schaltkreis-ID aufgeweckt werden kann, worauf eine komplette Sensormessung durchgeführt wird und der IC unmittelbar wieder in den Ruhezustand zurückkehrt. Je nach Inter-face-Protokoll kann das Messergebnis auch im Ruhezustand abgerufen werden.

Mit dem in Bild 2 realisierten System-konzept wird unter Nutzung so genannter Low-Dropout-Regler (LDO) eine weitge-hend stabile, sehr niedrige Betriebsspan-nung (VDDB = 1,7 V) erzeugt. Der gesamte analog-digitale Sensormesspfad wird auf dieser niedrigen Spannung betrieben. Da, nicht zuletzt aufgrund des ratiometrischen Ansatzes, auch das eigentlich Brückensen-sorelement von VDDB gespeist wird, kann so die Gesamtstromaufnahme des Intelligen-ten Sensors minimiert werden.

Zusätzlich wurde zum Beispiel im ZSSC3016 der LDO so ausgelegt, dass er eine stabil-geringe Versorgungsspannung, VDDB auch unter extremen Bedingungen erzeugen kann, wie sie in mobilen Endge-

Ratiometrisches MessprinzipDie Trennung der Betriebsspannungs-Domainen für Interface- und Signalverarbeitung ermög-licht einen neuen Grad an Energieeffi zienz für hochgenaue intelligente Sensoren. Zur Beseiti-gung von Störeinfl üssen auf der Spannungsversorgung wird das ratiometrische Messprinzip in Sensorinterface- und Sensor-Signal-Conditioning-ICs von ZMDI (beispielsweise ZSSC3016 und ZSSC3017) eingesetzt, um quasi rauschfreie und betriebsspannungsstörfeste Applikationen mit einer Nutzsignalaufl ösung von effektiven 16 Bit zu ermöglichen.

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typischerweise von Störungen überlagert ist. Dabei ist jedoch ausschlaggebend, dass die Störungsüberlagerung die eigentliche Messung nicht beein usst. Eine ratiometri-sche Größe ist zum Beispiel unabhängig von der Versorgungsspannung.

Bild 1 zeigt am einfachen Beispiel, dass das Verhältnis der gemessenen Spannun-gen V1 und V2 an den Widerständen R1 und R2 unabhängig vom Absolutwert der Betriebsspannung VDD ist. Somit kann bei bekanntem Wert für R1 durch Messung des Spannungsverhältnisses auf das Wider-standsverhältnis bzw. auf R2 geschlossen werden, wobei gilt: R2 = R1 x V2 / V1.

Genau dieses Grundprinzip wird in Sen-sorinterface- und Sensor-Signal-Conditio-ning Standardschaltkreisen (SSC) von ZM-DI (beispielsweise ZSSC3016 und ZSSC3017) eingesetzt, um quasi rausch-freie und betriebsspannungs-störfeste Ap-plikationen mit einer Nutzsignalau ösung von e ektiven 16 Bit zu ermöglichen. Als Erweiterung des ratiometrischen Grund-prinzips werden hierbei die IC-internen Referenzspannungen beispielsweise für den Verstärker und den Analog-Digital-Wandler (ADC) direkt von der entspre-chenden Versorgungsspannung VDDB des resistiven Brücken-Sensorelements abge-leitet (Bild 2). In Folge dessen wirken sich Störungen auf VDDB nicht auf das Verhält-nis der Sensorspannung VIN zur Eingangs-spannung am AD-Wandler aus. Dies führt wiederum dazu, dass bei verbleibenden Schwankungen auf der Versorgungsspan-nung VDDB zwar die IC-internen Absolut-pegel variieren, jedoch keinerlei Schwan-kungen im Wandlungsergebnis au reten.

Für die neueste SSC-Generation von ZMDI wurde dieses Konzept erweitert. Mittels leistungsarmer Betriebspannungs-unterdrückung durch einen geeigneten Spannungsregler ist es mit dem ZSSC3016 möglich, low-power Sensorsysteme in stark gestörten Applikationsumgebungen einset-zen zu können, zum Beispiel in Smart-Phones. Der Spannungsregler verringert

dabei dynamische Verluste an parasitären Kapazitäten im Signalpfad und ermöglicht einerseits 16-Bit-genaue Systeme bei Be-triebsspannungen bis 1,8 V unter gleichzei-tiger Ausnutzung eines ratiometrischen Signalpfades.

Energieeffi zienz durch clevere SpannungsversorgungDer Betrieb bei niedrigen Betriebsspan-nungen bis hinunter zu 1,8 V bei gleichzei-tiger IC-Stromaufnahme von höchstens 1 mA sind Grundansätze, die bei aktuellen SSC-Neuentwicklungen von ZMDI, wie dem ZSSC3016, verfolgt werden. Um darü-ber hinaus energiee ziente Sensorapplika-tionen zu ermöglichen, bieten ZMDI-SSCs verschiedene Operationsmodi, wobei ins-besondere der Wake-Up- oder Sleep-Mode den Gesamtenergieverbrauch minimiert. Dabei ist der Schaltkreis in einem Quasi-Power-Down-Zustand (Stromaufnahme weniger als 250 nA), aus dem er innerhalb weniger Sekundenbruchteile per Bus-Kommando oder passende Schaltkreis-ID aufgeweckt werden kann, worauf eine komplette Sensormessung durchgeführt wird und der IC unmittelbar wieder in den Ruhezustand zurückkehrt. Je nach Inter-face-Protokoll kann das Messergebnis auch im Ruhezustand abgerufen werden.

Mit dem in Bild 2 realisierten System-konzept wird unter Nutzung so genannter Low-Dropout-Regler (LDO) eine weitge-hend stabile, sehr niedrige Betriebsspan-nung (VDDB = 1,7 V) erzeugt. Der gesamte analog-digitale Sensormesspfad wird auf dieser niedrigen Spannung betrieben. Da, nicht zuletzt aufgrund des ratiometrischen Ansatzes, auch das eigentlich Brückensen-sorelement von VDDB gespeist wird, kann so die Gesamtstromaufnahme des Intelligen-ten Sensors minimiert werden.

Zusätzlich wurde zum Beispiel im ZSSC3016 der LDO so ausgelegt, dass er eine stabil-geringe Versorgungsspannung, VDDB auch unter extremen Bedingungen erzeugen kann, wie sie in mobilen Endge-

Ratiometrisches MessprinzipDie Trennung der Betriebsspannungs-Domainen für Interface- und Signalverarbeitung ermög-licht einen neuen Grad an Energieeffi zienz für hochgenaue intelligente Sensoren. Zur Beseiti-gung von Störeinfl üssen auf der Spannungsversorgung wird das ratiometrische Messprinzip in Sensorinterface- und Sensor-Signal-Conditioning-ICs von ZMDI (beispielsweise ZSSC3016 und ZSSC3017) eingesetzt, um quasi rauschfreie und betriebsspannungsstörfeste Applikationen mit einer Nutzsignalaufl ösung von effektiven 16 Bit zu ermöglichen.

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Analoge-/Mixed-Signal-ICs

räten zu finden sind; eine Betriebsspannungs-Störunterdrückung von bis 90 dB ohne die Notwendigkeit zusätzlicher, externer Kom-ponenten steht hier zur Verfügung.

Analoge Korrektur ist nur die HälfteAnaloge Leistungsparameter sind für die letztliche Sensormess-wertqualität sehr wichtig; doch die digitale Signalkorrekturfähig-keit ist ebenfalls von wesentlicher Bedeutung. Typischerweise be-sitzen Sensorsysteme eine inhärente Nichtlinearität, welche sich sowohl aus der eigentlichen Messgröße ergibt (zum Beispiel Hö-henluftdruck, hydrodynamischer Druck und Torsionsschwingung) als auch aus der Sensor-Charakteristik selbst. Zusätzlich besteht nicht nur bei resistiven Sensoren häufig ein nichtlinearer Zusam-menhang zwischen Sensorsignal und Umgebungs- bzw. Sensorsys-temtemperatur. Um daraus resultierende Messwertverläufe zu li-nearisieren und dadurch für die nachfolgende Auswertung optimal nutzbar zu machen, beinhaltet der ZSSC3016 beispielsweise eine speziell angepasste, digitale Verarbeitungseinheit, welche bis zu 7 verschiedene 18 Bit genaue Kalibrierkoeffizienten berücksichtigen kann. Die entsprechend notwendigen Kalibrierpunkte sind für je-des Sensor-IC-Paar spezifisch und müssen jeweils separat, in der Regel während der Inbetriebnahme des Sensorsystems, ermittelt werden. Dazu unterstützten die ZMDI-SSCs derartige Korrektur-methoden durch zusätzlich integrierte Temperatursensoren, die

wie im ZSSC3016 mit einer rauschfreien Auflösung von unter 0,005 K/LSB im Bereich -40...+85 °C eine eigene Klasse für sich bilden könnten.

Darüber hinaus können schaltkreisinterne Signaloffsets, Voff über eine so genannte Auto-Zero-Messung (AZ) bestimmt und letztlich das eigentlich gewünschte Sensorsignal damit korrigiert werden. Dafür wird direkt am IC-Eingang der Signalpfad kurzge-schlossen. Zusätzlich zur Signalkorrektur ermöglicht die AZ-Mes-sung die inhärente Applikations-Diagnose zur Überwachung von zum Beispiel Systemstabilität und Driftverhalten.

Mit diesen Methodiken lassen sich nichtlineare und tempera-turabhängige Messgrößen und Sensorsignale optimal für die ei-gentliche, auf die Messwertermittlung folgende Informationsverar-beitung vorbereiten.

Standard-FeaturesBestehende und zukünftige Sensorinterface- und SSC-Schaltkreise von ZMDI bieten neben den erläuterten Eigenschaften unter ande-rem industriestandard-konforme und inhaltsflexible Digital-schnittstellen, wie I2C (bis 3,4 MHz) oder SPI (bis 20 MHz). Als Basis-IP für den ADC wird eine in Auflösung und Segmentierung programmierbare Charge-Balancing-Architektur eingesetzt. Hier kann zwischen reiner MSB-Wandlung (Most Significant Bit) und kombinierter MSB/LSB-Wandlung (LSB, Least Significant Bit) ge-wählt werden, wobei ein anwendungsspezifisches Optimum zwi-schen Wandlungsgeschwindigkeit und weiterer Rauschreduktion des Messergebnisses einstellbar ist. Komplett SSC-korrigierte, 16-Bit-aufgelöste Wandlungsergebnisse können mit einer Rate von bis zu 175 s-1 erzeugt werden. Mittels feinstufig programmierbarer, analoger Vorverstärkung und anpassbarer ADC-Eingangsoffset-Verschiebung lassen sich ICs, der ZSSC31016 und andere auf ver-schiedenste Signalverläufe von Umgebungssignal sowie Sensorele-mentcharakteristiken (insbesonders Offset, Empfindlichkeit und Messbereich) und somit für nahezu jede Messaufgabe anpassen.

Letztlich bietet ZMDI dem Markt für Standard-ICs mit seinen 16-Bit-Schaltkreisen die Möglichkeit, größenoptimierte und ener-gieeffiziente, intelligente Sensoren mit Leistungsparametern zu re-alisieren, die bisher nur von ASIC-basierten oder Einzelchiplösun-gen bekannt waren. (jj) n

Bild 3: Typische Operationsmodi von ZMDI: Sensorinterface- und Sensor-Signal-Conditioning-ICs.

Der Autor: Dr. Marko Mailand ist Projektmanager für Mixed-Signal-IC-Entwicklung im Bereich Medical, Consumer und Industrial bei ZMDI in Dresden.

Alle

Bild

er: Z

MDI

Bild 1, oben: Basisschaltung ratiometri-sches Messen.Bild 2, rechts: Trennung von Interface und Ratiometrischer Topologie für energieeffiziente, resistive Brückensen-sor-Signalmessung (zum Beispiel im ZSSC3016 von ZMDI).

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IO-Link – Universal, Smart and Easy

The IO-Link interface provides an “intelligent” method for closing the “last meter” in the IO (input-output) field level of factory automation and reduces costs as well as staff-hours for engineering, installation and maintenance.

In process and factory automation, tremendous progress has been made in the last decades, as can be seen when comparing today’s sensors and actuators with those from the early days of automation. The original idea was to use electromagnetic, hydraulic or pneumatic devices to automate repetitive processes. Then came freely programmable logic controllers (PLCs), more electronic advances and the evolution of intelligent interfaces, resulting in development of a huge number of highly integrated and powerful sensors and actuators. Today, simple binary switches have evolved into intelligent communicative sensors.

In this context, “intelligent” describes sensor or actuator devices that have, on the one hand, the ability to recognize and report defined conditions, and on the other hand, the capability to be diagnosed during error conditions and configured in the field. However, these bidirectionally communicating devices need simple interfaces to communicate with the PLCs. Moreover, communication for calibrating the sensor/actuator devices is needed in most cases. In the past, many device manufacturers developed their own propriety communication solutions for calibration.

This “last meter” gap in factory automation can be closed with a smart interface based on the IO-Link specification, which is defined by the IO-Link Consortium. IO-Link provides a simple and easy-to-use interface for intelligent sensor or actuator devices, as well as for more simple analog and digital sensors and actuators. They are connected via a master on a field bus to a PLC or a parameter server. Here the IO-Link serves not as a bus system, but as a point-to-point connection with the objective of ensuring downward compatibility and integration into all bus systems in factory and process automation. That means standardized M12, M8 and M5 connectors with three-wire cables up to 20 meters in length can be used. IO-Link uses the IEC 61131-2 standardized 24V DC signal.

IO-Link is an international standard, which means it is likely to supersede most proprietary solutions in the future. In addition to the benefits in the actual application area within a fabric, a positive impact is that there will be a uniform “sensor language” at locally dispersed manufacturing locations.

IO-Link communication between master and device uses a signal that can be processed with a standard UART (today’s standard for many microcontrollers). Because IO-Link is a point-to-point connection, communication via the IO-Link telegram is much easier compared to bus communication. Communication conflicts and the long cycle times needed to recover from conflicts do not occur with IO-Link.

IO-Link offers three communication rates: COM1, COM2 and COM3. The COM1 data rate is 4.8 kBaud. COM 2 has a data rate of 38.4 kBaud, which is the most common speed, and the COM3 rate is 230.4 kBaud.

Benefits with IO-Link

With IO-Link, a world standard is already in place. It is system and field-bus independent and can be integrated into all types of sensors and actuators.

IO-Link – Universal, Smart and EasyBy Daniel Heinig (ZMDI)August, 2012 in ENGINEERLIVE

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The installation of IO-Link devices is cost-neutral. Traditional (three-wire) cables, including typical connection methods, can be used.

Using IO-Link, devices can be parameterized during operation. Central data from a parameter storage server enable immediate parameterization. Complex local programming can be a thing of the past, which is especially advantageous for very small devices with difficult access. With IO-Link, the down times for programming are significantly reduced (up to 90%) and the quality of the production equipment is much higher.

IO-Link also offers a wide range of diagnostics for the sensor or actuator device itself. For example, pollution, abrasion, temperature, pressure and voltage levels can be monitored and remote maintenance can be performed very easily. Previously for common devices, this was only possible with proprietary solutions and it typically required significant additional cabling work. With IO-Link, down times caused by preventive maintenance or sudden breakdown of the equipment can be reduced by 80% and problems can be detected much faster.

Miniaturization with IO-Link

Within recent years, a trend of smaller yet more powerful sensors and actuators can be seen in process and factory automation. With IO-Link technology, it is easy to miniaturize products based on these new devices using universally standardized and “intelligent” methods.

When using common proprietary solutions, especially those with high requirements for field bus integrity, to design sensors with bi-directional communication and other “intelligent” features, significantly more printed circuit board space is typically required and costs can be considerably higher. The first IO-Link devices were assembled primarily using discreet components. Today highly integrated microchips (cable driver ICs and microcontrollers) in very small packages of 3x5mm or 4x4mm or in wafer-level chip-scale package solutions (WL-CSP; see Fig. 1), with dimensions as small as 2.5x2.5mm, enable powerful and cost-saving integration of IO-Link into the smallest intelligent sensors and actuators. IC product families with the same pin count and size but different functionality can support effective and easy platform designs for IO-Link applications.

Fig.1: IO-Link PHY IC as WL-CSP

The integration of IO-Link is relative easy, as demonstrated by the example of a block schematic for an IO-Link sensor in Fig. 2. The IO-Link chip manufacturer and software provider very often support the integration as well.

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Fig. 2: Example block diagram for an IO-Link sensor

The standardized IO-Link interface enables the first production of intelligent, cost-saving and field-bus-independent sensors and actuators at the lowest field level. It completes the “last meter” between the field bus and sensors/actuators, enabling direct bi-directional communication between the control station and the sensor or actuator device.

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High-Precision smart sensors Via innovative signal conditioning icsBy Dr Marko Mailand (ZMDI)November, 2012 in Technology First

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What‘s behind Digital Powerby Herman Neufeld (ZMDI)May 1st, 2013, Electronic Products (USA)

MAY 2013 • electronicproducts.com • ElEctronic Products

1 Energy-Saving Initiativean electronic products special series

What’s Behind Digital Power Control?By Herman neufeld Senior member of the Technical Staff at ZmdI [email protected]

like any new technique that is introduced in the market, digital power control must first prove

that it offers important advantages over state-of-the-art analog techniques. In this vein, the first and foremost issue to be addressed is the price, and the secondary considerations are converter size, perfor-mance and efficiency. This article covers these issues and also discusses digital power control from a broad standpoint.

What is digital power? digital power, as the term implies, is a technique used for converting power via digital control means. Instead of using analog components, such as operational amplifiers and comparators, it uses a digital controller. Both control techniques are designed to ensure that the power stage switches at the right moment in every switching cycle in order to properly regulate the output voltage. deviations from the correct switching instant lead to deteriorating performance, instabilities, and in extreme cases to malfunction of the load that is being powered. Therefore, performance—not just price—should be something to closely consider. In fact, one of the major differentiators between digital and analog power control is performance.

Cost for the typical power supply designer, analog technology has been proven to deliver good and efficient power converters. So why change? Why spend more money on a digital controller? What is clearly overlooked here is that not all converter applications require a digital controller. Take, for example,

a converter that is required to produce 5 V at 1 a. In this case, analog con-trol is the best choice—a conclusion based purely on price. There are also many analog controllers available on the market. as a rule of thumb, one could state that analog control is the preferred choice for converters with output voltages above 3 V and currents below 10 a. digital controllers are not meant to compete against these analog controllers, especially when price is important and analog performance is

perfectly adequate for the application. However, for a fast-growing market of servers, routers, switches and embedded controls, the converters that power these applications require a much higher level of performance than analog controllers can offer. loads such as field-program-mable gate arrays (fPGas), processors, memory banks and similar digital blocks need to interact with the converter feed-ing them. analog controllers with a digital interface are also available on the market, but, they are not as flexible as digital con-trollers when requirements change. aSICs also require development time and cost. With a digital controller, such as ZmdI’s ZSPm1000, the user is able to configure

the settings on the controller and issue PmBus commands to change them. The equivalent of an aSIC can also be realized by modifying the firmware in order to meet the customer’s needs. This, however, is done by the IC manufacturer. The cost savings compared to an analog aSIC are achieved because the IC itself does not change.

further reductions in cost can be achieved via a fully automated production process that is possible with a digital con-troller. The converter can be programmed,

tested, and calibrated without the need for human intervention.

design time also needs to be factored into the cost of the converter. When using a digital controller, the converter design does not need to be done by a power supply specialist. It can be done by the very same digital hardware design engineer developing the board. last-minute changes can be quickly implemented because the requirements are programmed into the digital controller, something that can also be done “on the fly.”

Performance The kinds of applications addressed by digital controllers are typically more

Fig. 1: Configuration setup for the ZSPM1000 digital controller.

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MAY 2013 • electronicproducts.com • ElEctronic Products

3 Energy-Saving Initiativean electronic products special series

involved than those for analog controllers. Consider, for instance, a fast-occurring 20-a load step at an output voltage of 1 V. at this low voltage, a 200-mV deviation on the output (20%) may be unaccept-able for many applications. resorting to adding more output capacitance on the board in order to minimize output volt-age deviations unnecessarily burdens the bill of materials cost while it also slows down the converter’s response. With a digital controller, implementing advanced transient response algorithms, such as ZmdI’s State-law Control, reduces expenses while improving transient response.

It is also important to know that the lC filter on the output of a dC/dC converter does not exhibit real poles that can be compensated for by the error amplifier’s compensa-tion network. The poles are actually complex, and their position depends on the Q factor of the filter. an unconditionally stable converter can be designed with an analog controller, but at the expense of performance that can easily be obtained from a digital controller. Just imagine having a con-verter with feedback and feed-forward networks that adapt continuously to your converter’s operating conditions. This is what is achieved with digital power control.

Converter size The size of a digital converter will typically differ from that of an analog converter depending on the total num-ber of external components needed in order to address the features required by the load.

as far as controller size is concerned, it is important to know that process geometries have become smaller in the past years, allowing digital circuits to benefit from this because they can be scaled down in size much more readily than their analog counterparts. as evi-dence of this, ZmdI’s high-performance digital PWm controller, the ZSPm1000, comes in a 4 x 4-mm Qfn package. Small size also means less silicon area and hence lower cost.

Efficiency analog controllers can provide high efficiency over a wide range of output currents by switching between two modes of operation. one is a constant or pseudo-

constant frequency mode for continuous conduction of the inductor current, and the other is a pulse-skipping mode for light loads in which the inductor current reaches zero within every switching cycle, and the switching cycle is determined by the droop time of the output capaci-tors. digital control does this too, but for output voltages of approximately 1 V and currents in the tens of amperes, addi-tional considerations must be addressed in order to minimize conduction losses and save energy via the various standby and sleep-mode techniques. once again, a digital controller becomes the ideal choice because it is able to be programmed in various operating modes. In order to reduce conduction losses, a driver moS or drmoS power stage is also employed to work alongside the digital controller, for example the ZSPm9060 from ZmdI, which can deliver an average current of up to 60a. This part has been optimized to provide a very high efficiency.

another aspect that tends to be overlooked by power supply designers is the relationship between the maximum

power delivered by a digitally controlled converter and the digital controller’s ac-tive supply current. The digital control-ler’s operating current is generally higher than its analog counterpart, but for the

power levels it controls, this current becomes an insignificant fraction of the total power budget.

PoL modules another application that also fits very well for digital control is point-of-load (Pol) modules. Producing dC/dC converter modules requires a high degree of automated production. Variations in module outputs can be easily configured, either via PmBus or via pin-strapping. The module manufacturer can also tailor the module’s characteristics in order to further optimize it to the load.

Future trends in digital power as the number of digital boards continues to increase and the trend toward more energy-efficient designs continues to dominate, digital power will continue to see a high growth potential in the coming years. Cost savings can be obtained through fast design turnaround times, savings in staff personnel, savings in production costs, and faster time to market.

Fig. 2: Comparison of the transient response of a digital controller (pink trace) vs. an analog controller (white trace).

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interview with thilo von selchow, President and ceo of ZMDiMay 14, 2013 in EEWeb Pulse (USA)

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siege und nierderlagenJuly 25th, 2013 in Handelsblatt (Germany)

Der Soli ist eine

reine Abzocke der

Steuerzahler durch

eine Große Koalition

aus Union, Grünen,

SPD und der Linken.Reiner Holznagel,Präsident des Bundes der Steuerzahler

Mit Ausnahme der FDP halten alle Parteien am Soli fest.

Ökonomen plädieren für mehr Wahrhaftigkeit.

Die neuen Länder haben den Rückstand nicht aufgeholt.

Der Solidaritätszuschlag ist von Mythen umgeben. Ein Mythos lautet, die Ergänzungsabgabe werde allein von den Westdeut-schen gezahlt – obwohl auch

die Ostdeutschen finanzielle Solidarität mit sich selbst zeigen müssen. Das führt zu ei-nem weiteren Mythos: Der Soli wird als ge-lebte Solidarität des Westens mit dem Osten dargestellt. Tatsächlich aber betonte die Bundesregierung schon Anfang 1997, der Begriff „Solidarität“ beziehe sich vor allem auf die Ausgestaltung der Abgabe, die „aus-nahmslos alle Steuerzahler – entsprechend ihrer ökonomischen Leistungsfähigkeit – belastet.

Um solchen Mythen die Grundlage zu entziehen, empfiehlt der Konjunkturchef des Wirtschaftsforschungsinstituts Halle, Oliver Holtemöller: „Der Solidaritätszu-schlag sollte in den Einkommensteuertarif eingearbeitet werden, damit die Missver-ständnisse aufhören.“ Im nächsten Schritt könne man sich dann darüber Gedanken machen, ob die Höhe der steuerlichen Ex-trabelastung von 5,5 Prozent insgesamt an-gemessen sei. Für Steuersenkungen gebe es aber nur Raum, wenn Ausgaben gekürzt würden.

Auch der Chef des Zentrums für Euro-päische Wirtschaftsforschung (ZEW), Clemens Fuest, sagte, wer den Soli ab-schaffen wolle, müsse eine „Gegenfi-nanzierung“ für den Bundeshaushalt mitliefern. Fuest schlägt vor: „Der Solidaritätszuschlag sollte umbenannt werden in Bundeseinkommenssteu-erzuschlag.“ Denn das Geld fließe nicht speziell in die neuen Länder – der Begriff sei „irrefüh-rend“.

Jenseits semantischer Probleme verteidigte CDU-Generalsekretär Hermann Gröhe am Montag trotz Kritik aus den eigenen Reihen den Vorstoß der Bundeskanz-lerin. Er sehe „keinen Ent-lastungsspielraum in der kommenden Legislaturpe-riode“, sagte Gröhe nach einer Sitzung des CDU-Bundesvor-stands. Die Frage einer Abschaffung des Zuschlags stelle sich deshalb nicht. Das Ziel, den Haushalt in Ord-nung zu bringen, bedeute auch, dass umfassende Steuersenkungen – eine Abschaffung des Solis bedeu-tete eine jährliche Entlastung der Steuerzahler von 13 bis 14 Milliarden Euro – nicht auf der Tagesordnung stehen könnten.

Merkel will den Solidaritätszu-schlag beibehalten, aber die spezifi-

sche Förderung Ostdeutschlands nach 2019 beenden. Dann läuft der Solidarpakt II aus. „Manche Regionen in den neuen Ländern stehen wirtschaftlich besser da als Teile der alten Bundesrepublik“, hatte die CDU-Vor-sitzende am Wochenende gesagt.

Zur Begründung führte Merkel die For-derung von Thüringens Ministerpräsiden-tin Christine Lieberknecht (CDU) an, die zu Recht darauf hingewiesen habe, dass nach dem Ende des Solidarpakts II die spezifi-sche Förderung für den Osten in eine För-derung nach regionaler Notwendigkeit um-gewandelt werden könnte. Das heißt, dass Merkel diesen Teil des Finanzausgleichs zwar umwidmen, aber grundsätzlich bei-behalten will.

Die SPD hat dagegen vor allem Spott für die Regierungskoalition übrig. „Einmal mehr wird mit viel Theaterdonner ein steu-erpolitisches Fass aufgemacht“, kommen-tierte Fraktionsvize Joachim Poß die schwarz-gelbe Debatte über die Abschaf-fung des Solidaritätszuschlags. Die Rollen bei diesem „Uralt-Stück“ seien wohlbe-kannt: Die FDP versuche mit einer Soli-Dis-kussion im Sommerloch Anlauf für den Sprung über die Fünfprozenthürde bei der Bundestagswahl am 22. September zu neh-men.

Was Poß nicht erwähnte: SPD-Minis-terpräsidenten scheuen sich nicht, die Erhebung des Zuschlags über das Jahr 2019 hinaus zu fordern. So hatte NRW-Ministerpräsidentin Hannelore Kraft schon in der ver-

gangenen Woche deutlich gemacht, dass sie es für gerechtfertigt hält, nach 2019 einen neu-en Sonderfonds zu beginnen. Die Struk-turförderung sei je-doch auf das Prinzip „Bedürftigkeit statt Himmelsrichtung“ umzustellen. „Dies wird auch im Rah-men der Verhand-lungen für einen neuen Länderfi-nanzausgleich ei-ne Rolle spielen“,

sagte Kraft. Hamburgs Erster

Bürgermeister Olaf Scholz wirbt ebenfalls seit länge-rem dafür, den Solidaritäts-zuschlag als „Ergänzungsab-gabe“ auch nach 2019 durch den Bund zu erheben.

Ganz anders hingegen der Präsident des Bundes der Steu-erzahler, Reiner Holznagel. Angesichts von Rekordsteuer-einnahmen sei ein Festhalten am Soli „reine Abzocke der Steuerzahler durch eine Gro-ße Koalition aus Union, SPD, Grünen und der Linken“.

Heike Anger, Michael Brackmann, Dorit Heß, Jens Münchrath, Thomas Sigmund

Die Soli-Lüge

Erzielte und erwartete Einnahmendurch den Solidaritätszuschlag

Amtliche Daten des Bundesfinanzministeriums

DurchschnittlichesBruttoinlandsprodukt

pro Kopf und Jahr in Euro

Neue Bundesländer

Ost-West-Vergleich

199119921995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

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An die neuen Bundesländer1davon Förderprogramme des Bundes2

Aufkommen aus dem SolidaritätszuschlagWie der Bund am Soli verdientim Zeitraum 2005 bis 2019

207,8 Mrd. €Aufkommen

105,4 Mrd. €Zuweisungenan die neuenBundesländer

50,7 Mrd. €Förderprogrammein den neuenBundesländern

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Alte Bundesländer Durchschnitt Deutschland

300,8 Mrd. € Solidaritätszuschlag bis 2017

A ls Vorsitzender der FDP-Bundestagfrak-tion hat Hermann Otto Solms den Soli 1995 wieder miteingeführt – heute strei-

tet der Vizepräsident des Deutschen Bundes-tags für seine Abschaffung. Das Argument des 72-Jährigen: Die Abgabe war zur Finanzierung der Einheit zeitlich befristet angelegt.

Herr Solms, die Kanzlerin will den Solidari-tätszuschlag über 2019 hinaus beibehalten. Die Bürger haben erwartet, dass die Steuer nicht endlos weiter erhoben wird. Muss man da nicht von einer Soli-Lüge sprechen?Solms: Der Vorstoß führt zu einem Vertrau-ensbruch gegenüber den Wählern. Die Bürger haben fest damit gerechnet, dass der Soli in einem überschaubaren Zeitraum entfällt. Das wäre jetzt in weite Zukunft gerückt, sollte sich die Union hier durchsetzen.

Was stört Sie am Soli konkret? Als Schwarz-Gelb unter Helmut Kohl den Zu-schlag 1995 wieder einführte, war ich Frakti-onschef der FDP im Bundestag. Wir waren uns damals einig: Der Soli sollte zur Finanzie-rung der Einheit dienen. Nachdem dieser Zweck 2019 ausläuft, ist die Grundlage für den Soli entfallen. Jetzt müssen die Bürger hören, dass das alles Makulatur sei. Die Union will das Geld für andere Zwecke einsetzen.

Die Kanzlerin will das Geld in Infrastruktur-projekte stecken. Was haben Sie dagegen ? Ich bestreite doch nicht den Finanzierungsbe-darf von maroden Brücken oder Straßen. Doch dieser Vorstoß passt zur gegenwärtigen Steuerdiskussion. SPD und Grüne wollen den Menschen über höhere und neue Steuern an den Geldbeutel. Die Union hat ein Füllhorn von Wahlgeschenken ausgebreitet, für den sie den Soli zweckentfremden will. Ich bin aber jetzt schon ein paar Jahre im Bundestag und weiß, was mit solchen Mitteln gerne passiert.

Was denn ? Die mittelständischen Unternehmen investie-ren weit mehr als 50 Prozent ihrer Erträge. Der Investitionsanteil an den Staatsausgaben beträgt nur neun Prozent. Wenn die Einnah-men der Wirtschaft durch Steuern gekürzt werden, führt dies auch zu einer Reduzierung der Investitionen. Damit verspielt man die Zu-kunft. Allein die Wahlversprechen der Union bewegen sich im zweistelligen Milliardenbe-reich. Wenn es jetzt heißt, man wolle die Mit-tel des Soli nach 2019 gesamtdeutsch zweck-mäßig einsetzen, habe ich meine Zweifel.

Sie glauben nicht, dass das Geld für Investitio-nen in die Infrastruktur ausgegeben wird? Gestern kamen aktuelle Zahlen zu den Steuer-einnahmen im ersten Halbjahr 2013. Der Staat schwimmt im Geld, doch er kommt nie damit aus. Die Koalition hat sich nun dazu durchge-rungen, einen strukturell ausgeglichen Haus-halt für das Jahr 2014 vorzulegen. Wir wollen das eben nicht wie die Union über höhere Steu-ern oder die Fortsetzung von finanziellen Be-lastungen erreichen. Die FDP will den Haushalt konsolidieren, ohne die Steuern zu erhöhen.

Die Fragen stellte Thomas Sigmund.

„Der Vorstoß der Kanzlerin ist ein Vertrauensbruch“

HERMANN OTTO SOLMS

Hermann Otto Solms: „Die Grundlage für den Soli gibt es nicht mehr.“

Wer

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Siege und Ni ederlagen

Silke Kersting, Norbert HäringBerlin, Frankfurt

D resden boomt. Der Mikrotechnolo-gie-Cluster in der sächsischen Lan-deshauptstadt genießt Weltruf. Viele

High-Tech-Firmen haben sich angesiedelt. Ebenso Jena: Die thüringische Stadt hat nach der Wende auf optische Technologien gesetzt und gilt heute mit Jenoptik und Carl Zeiss Meditec als Vorzeigestandort.

In beiden Städten hat die Bundesregie-rung nach dem Mauerfall die in der DDR entstandene Grundstruktur in der Mikro- und Optoelektronik gezielt gefördert. Am Dresdener Stadtrand entstanden so hoch-subventionierte Chipfabriken, die noch

heute wichtige Standbeine der sächsischen Wirtschaft sind. Auch Unternehmen mit Wurzeln in der DDR haben sich behauptet. Zum Beispiel das Zentrum für Mikroelek-tronik Dresden (ZMDI). Es wurde vor mehr als 50 Jahren gegründet und galt lange als Herzstück der Mikroelektronikforschung der DDR. ZMDI ist heute weltweit aktiv und auf den Bau von Mikrochips konzentriert, die Autos oder Beleuchtungsanlagen ener-gieeffizienter machen.

Es gibt sie, die Positivbeispiele in den neuen Ländern. Einerseits Unternehmen aus der früheren DDR, Rotkäppchen etwa, eine ostdeutsche Sektmarke, die heute auch gern im Westen gekauft wird. Ande-rerseits umsatzstarke Unternehmen wie der Berliner Energieanbieter Vattenfall, ei-ne Tochter des schwedischen Vattenfall-Konzerns. Doch genau da liegt das Pro-blem: In den neuen Bundesländern sind in der Mehrzahl Tochtergesellschaften in-ternationaler oder westdeutscher Konzer-ne vertreten. Große Firmenzentralen gibt es so gut wie nicht im Osten Deutschlands. Ausnahmen sind die Deutsche Bahn oder die Dienstleistungsgruppe Dussmann, die ihren Sitz in Berlin haben.

Die Erfolgsgeschichten kommen häufig von Unternehmen mittlerer Größe, etwa Biotronik oder Eckert & Ziegler. Davon profitiert auch der Arbeitsmarkt. Die Ar-beitslosigkeit in den neuen Ländern ist derzeit so niedrig wie seit 1991 nicht mehr. Mit knapp 9,9 Prozent beträgt sie allerdings immer noch das 1,7-Fache des Westniveaus. So groß war der Abstand auch von 1994 bis 1997. Bei stagnierender Konjunktur war er allerdings auch schon merklich größer. Hinzu kommt, dass der Wegzug von Arbeitnehmern die Arbeits-losenquote in den neuen Bundesländern gedrückt hat, was zeigt, dass sich die Le-bensbedingungen nicht angeglichen ha-

ben. In den vergangenen zehn Jahren ha-ben die neuen Länder sieben Prozent ih-rer Bevölkerung verloren, im Westen betrug der Rückgang nur 1,5 Prozent. Auch beim Blick auf die Beschäftigungs-entwicklung gibt es wenig zu feiern. Mit-te 1992 stellten die neuen Länder noch knapp 23 Prozent der gesamtdeutschen sozialversicherungspflichtigen Arbeits-plätze. Ende 2012 lag der Anteil mit 18,7 Prozent allerdings so tief wie noch nie seit der Wiedervereinigung.

Einzig beim Lohnniveau sind der Osten und der Westen einander näher gekom-men. Von 57 Prozent des Westniveaus 1991 stieg das durchschnittliche Lohnniveau im Osten auf 82 Prozent 2012. Seit dem Jahr 2009 hat sich diese Entwicklung jedoch nicht weiter fortgesetzt. Insgesamt spie-gelt das auch die Angleichung der Wirt-schaftskraft wider – jedenfalls, wenn man sie auf die im Osten deutlich schneller sin-kende Bevölkerung bezieht. Von 43 Pro-zent des Westniveaus stieg die relative Wirtschaftsleistung pro Einwohner bis 2009 auf 72 Prozent. 2012 lag sie mit 71 Prozent des Westniveaus aber wieder et-was niedriger.

Auch im Osten gibt es Erfolgsgeschichten – doch die Abwanderung der Bürger in den Westen geht weiter.

AUFBAU OST

Forstetzung von Seite 1

Helmut Kohl: Der damalige Kanzler kündigte 1996 das Ende des Solis an.

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18,7 %der sozialversicherungs- pflichtigen Stellen in Deutschland liegen in den neuen Ländern.

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STREIT ÜBER SOLIDARITÄTSZUSCHLAG 54 TITELTHEMA DIENSTAG, 23. JULI 2013, NR. 139 DIENSTAG, 23. JULI 2013, NR. 139

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Page 23: Articles 19.1.2016

Der Soli ist eine

reine Abzocke der

Steuerzahler durch

eine Große Koalition

aus Union, Grünen,

SPD und der Linken.Reiner Holznagel,Präsident des Bundes der Steuerzahler

Mit Ausnahme der FDP halten alle Parteien am Soli fest.

Ökonomen plädieren für mehr Wahrhaftigkeit.

Die neuen Länder haben den Rückstand nicht aufgeholt.

Der Solidaritätszuschlag ist von Mythen umgeben. Ein Mythos lautet, die Ergänzungsabgabe werde allein von den Westdeut-schen gezahlt – obwohl auch

die Ostdeutschen finanzielle Solidarität mit sich selbst zeigen müssen. Das führt zu ei-nem weiteren Mythos: Der Soli wird als ge-lebte Solidarität des Westens mit dem Osten dargestellt. Tatsächlich aber betonte die Bundesregierung schon Anfang 1997, der Begriff „Solidarität“ beziehe sich vor allem auf die Ausgestaltung der Abgabe, die „aus-nahmslos alle Steuerzahler – entsprechend ihrer ökonomischen Leistungsfähigkeit – belastet.

Um solchen Mythen die Grundlage zu entziehen, empfiehlt der Konjunkturchef des Wirtschaftsforschungsinstituts Halle, Oliver Holtemöller: „Der Solidaritätszu-schlag sollte in den Einkommensteuertarif eingearbeitet werden, damit die Missver-ständnisse aufhören.“ Im nächsten Schritt könne man sich dann darüber Gedanken machen, ob die Höhe der steuerlichen Ex-trabelastung von 5,5 Prozent insgesamt an-gemessen sei. Für Steuersenkungen gebe es aber nur Raum, wenn Ausgaben gekürzt würden.

Auch der Chef des Zentrums für Euro-päische Wirtschaftsforschung (ZEW), Clemens Fuest, sagte, wer den Soli ab-schaffen wolle, müsse eine „Gegenfi-nanzierung“ für den Bundeshaushalt mitliefern. Fuest schlägt vor: „Der Solidaritätszuschlag sollte umbenannt werden in Bundeseinkommenssteu-erzuschlag.“ Denn das Geld fließe nicht speziell in die neuen Länder – der Begriff sei „irrefüh-rend“.

Jenseits semantischer Probleme verteidigte CDU-Generalsekretär Hermann Gröhe am Montag trotz Kritik aus den eigenen Reihen den Vorstoß der Bundeskanz-lerin. Er sehe „keinen Ent-lastungsspielraum in der kommenden Legislaturpe-riode“, sagte Gröhe nach einer Sitzung des CDU-Bundesvor-stands. Die Frage einer Abschaffung des Zuschlags stelle sich deshalb nicht. Das Ziel, den Haushalt in Ord-nung zu bringen, bedeute auch, dass umfassende Steuersenkungen – eine Abschaffung des Solis bedeu-tete eine jährliche Entlastung der Steuerzahler von 13 bis 14 Milliarden Euro – nicht auf der Tagesordnung stehen könnten.

Merkel will den Solidaritätszu-schlag beibehalten, aber die spezifi-

sche Förderung Ostdeutschlands nach 2019 beenden. Dann läuft der Solidarpakt II aus. „Manche Regionen in den neuen Ländern stehen wirtschaftlich besser da als Teile der alten Bundesrepublik“, hatte die CDU-Vor-sitzende am Wochenende gesagt.

Zur Begründung führte Merkel die For-derung von Thüringens Ministerpräsiden-tin Christine Lieberknecht (CDU) an, die zu Recht darauf hingewiesen habe, dass nach dem Ende des Solidarpakts II die spezifi-sche Förderung für den Osten in eine För-derung nach regionaler Notwendigkeit um-gewandelt werden könnte. Das heißt, dass Merkel diesen Teil des Finanzausgleichs zwar umwidmen, aber grundsätzlich bei-behalten will.

Die SPD hat dagegen vor allem Spott für die Regierungskoalition übrig. „Einmal mehr wird mit viel Theaterdonner ein steu-erpolitisches Fass aufgemacht“, kommen-tierte Fraktionsvize Joachim Poß die schwarz-gelbe Debatte über die Abschaf-fung des Solidaritätszuschlags. Die Rollen bei diesem „Uralt-Stück“ seien wohlbe-kannt: Die FDP versuche mit einer Soli-Dis-kussion im Sommerloch Anlauf für den Sprung über die Fünfprozenthürde bei der Bundestagswahl am 22. September zu neh-men.

Was Poß nicht erwähnte: SPD-Minis-terpräsidenten scheuen sich nicht, die Erhebung des Zuschlags über das Jahr 2019 hinaus zu fordern. So hatte NRW-Ministerpräsidentin Hannelore Kraft schon in der ver-

gangenen Woche deutlich gemacht, dass sie es für gerechtfertigt hält, nach 2019 einen neu-en Sonderfonds zu beginnen. Die Struk-turförderung sei je-doch auf das Prinzip „Bedürftigkeit statt Himmelsrichtung“ umzustellen. „Dies wird auch im Rah-men der Verhand-lungen für einen neuen Länderfi-nanzausgleich ei-ne Rolle spielen“,

sagte Kraft. Hamburgs Erster

Bürgermeister Olaf Scholz wirbt ebenfalls seit länge-rem dafür, den Solidaritäts-zuschlag als „Ergänzungsab-gabe“ auch nach 2019 durch den Bund zu erheben.

Ganz anders hingegen der Präsident des Bundes der Steu-erzahler, Reiner Holznagel. Angesichts von Rekordsteuer-einnahmen sei ein Festhalten am Soli „reine Abzocke der Steuerzahler durch eine Gro-ße Koalition aus Union, SPD, Grünen und der Linken“.

Heike Anger, Michael Brackmann, Dorit Heß, Jens Münchrath, Thomas Sigmund

Die Soli-Lüge

Erzielte und erwartete Einnahmendurch den Solidaritätszuschlag

Amtliche Daten des Bundesfinanzministeriums

DurchschnittlichesBruttoinlandsprodukt

pro Kopf und Jahr in Euro

Neue Bundesländer

Ost-West-Vergleich

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10,8 Mrd. €1,0 Mrd. €3,5 Mrd. €

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An die neuen Bundesländer1davon Förderprogramme des Bundes2

Aufkommen aus dem SolidaritätszuschlagWie der Bund am Soli verdientim Zeitraum 2005 bis 2019

207,8 Mrd. €Aufkommen

105,4 Mrd. €Zuweisungenan die neuenBundesländer

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51,7 Mrd. €Differenz zugunsten des Bundes

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pro Jahr in Euro

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Alte Bundesländer Durchschnitt Deutschland

300,8 Mrd. € Solidaritätszuschlag bis 2017

A ls Vorsitzender der FDP-Bundestagfrak-tion hat Hermann Otto Solms den Soli 1995 wieder miteingeführt – heute strei-

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Herr Solms, die Kanzlerin will den Solidari-tätszuschlag über 2019 hinaus beibehalten. Die Bürger haben erwartet, dass die Steuer nicht endlos weiter erhoben wird. Muss man da nicht von einer Soli-Lüge sprechen?Solms: Der Vorstoß führt zu einem Vertrau-ensbruch gegenüber den Wählern. Die Bürger haben fest damit gerechnet, dass der Soli in einem überschaubaren Zeitraum entfällt. Das wäre jetzt in weite Zukunft gerückt, sollte sich die Union hier durchsetzen.

Was stört Sie am Soli konkret? Als Schwarz-Gelb unter Helmut Kohl den Zu-schlag 1995 wieder einführte, war ich Frakti-onschef der FDP im Bundestag. Wir waren uns damals einig: Der Soli sollte zur Finanzie-rung der Einheit dienen. Nachdem dieser Zweck 2019 ausläuft, ist die Grundlage für den Soli entfallen. Jetzt müssen die Bürger hören, dass das alles Makulatur sei. Die Union will das Geld für andere Zwecke einsetzen.

Die Kanzlerin will das Geld in Infrastruktur-projekte stecken. Was haben Sie dagegen ? Ich bestreite doch nicht den Finanzierungsbe-darf von maroden Brücken oder Straßen. Doch dieser Vorstoß passt zur gegenwärtigen Steuerdiskussion. SPD und Grüne wollen den Menschen über höhere und neue Steuern an den Geldbeutel. Die Union hat ein Füllhorn von Wahlgeschenken ausgebreitet, für den sie den Soli zweckentfremden will. Ich bin aber jetzt schon ein paar Jahre im Bundestag und weiß, was mit solchen Mitteln gerne passiert.

Was denn ? Die mittelständischen Unternehmen investie-ren weit mehr als 50 Prozent ihrer Erträge. Der Investitionsanteil an den Staatsausgaben beträgt nur neun Prozent. Wenn die Einnah-men der Wirtschaft durch Steuern gekürzt werden, führt dies auch zu einer Reduzierung der Investitionen. Damit verspielt man die Zu-kunft. Allein die Wahlversprechen der Union bewegen sich im zweistelligen Milliardenbe-reich. Wenn es jetzt heißt, man wolle die Mit-tel des Soli nach 2019 gesamtdeutsch zweck-mäßig einsetzen, habe ich meine Zweifel.

Sie glauben nicht, dass das Geld für Investitio-nen in die Infrastruktur ausgegeben wird? Gestern kamen aktuelle Zahlen zu den Steuer-einnahmen im ersten Halbjahr 2013. Der Staat schwimmt im Geld, doch er kommt nie damit aus. Die Koalition hat sich nun dazu durchge-rungen, einen strukturell ausgeglichen Haus-halt für das Jahr 2014 vorzulegen. Wir wollen das eben nicht wie die Union über höhere Steu-ern oder die Fortsetzung von finanziellen Be-lastungen erreichen. Die FDP will den Haushalt konsolidieren, ohne die Steuern zu erhöhen.

Die Fragen stellte Thomas Sigmund.

„Der Vorstoß der Kanzlerin ist ein Vertrauensbruch“

HERMANN OTTO SOLMS

Hermann Otto Solms: „Die Grundlage für den Soli gibt es nicht mehr.“

Wer

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Silke Kersting, Norbert HäringBerlin, Frankfurt

D resden boomt. Der Mikrotechnolo-gie-Cluster in der sächsischen Lan-deshauptstadt genießt Weltruf. Viele

High-Tech-Firmen haben sich angesiedelt. Ebenso Jena: Die thüringische Stadt hat nach der Wende auf optische Technologien gesetzt und gilt heute mit Jenoptik und Carl Zeiss Meditec als Vorzeigestandort.

In beiden Städten hat die Bundesregie-rung nach dem Mauerfall die in der DDR entstandene Grundstruktur in der Mikro- und Optoelektronik gezielt gefördert. Am Dresdener Stadtrand entstanden so hoch-subventionierte Chipfabriken, die noch

heute wichtige Standbeine der sächsischen Wirtschaft sind. Auch Unternehmen mit Wurzeln in der DDR haben sich behauptet. Zum Beispiel das Zentrum für Mikroelek-tronik Dresden (ZMDI). Es wurde vor mehr als 50 Jahren gegründet und galt lange als Herzstück der Mikroelektronikforschung der DDR. ZMDI ist heute weltweit aktiv und auf den Bau von Mikrochips konzentriert, die Autos oder Beleuchtungsanlagen ener-gieeffizienter machen.

Es gibt sie, die Positivbeispiele in den neuen Ländern. Einerseits Unternehmen aus der früheren DDR, Rotkäppchen etwa, eine ostdeutsche Sektmarke, die heute auch gern im Westen gekauft wird. Ande-rerseits umsatzstarke Unternehmen wie der Berliner Energieanbieter Vattenfall, ei-ne Tochter des schwedischen Vattenfall-Konzerns. Doch genau da liegt das Pro-blem: In den neuen Bundesländern sind in der Mehrzahl Tochtergesellschaften in-ternationaler oder westdeutscher Konzer-ne vertreten. Große Firmenzentralen gibt es so gut wie nicht im Osten Deutschlands. Ausnahmen sind die Deutsche Bahn oder die Dienstleistungsgruppe Dussmann, die ihren Sitz in Berlin haben.

Die Erfolgsgeschichten kommen häufig von Unternehmen mittlerer Größe, etwa Biotronik oder Eckert & Ziegler. Davon profitiert auch der Arbeitsmarkt. Die Ar-beitslosigkeit in den neuen Ländern ist derzeit so niedrig wie seit 1991 nicht mehr. Mit knapp 9,9 Prozent beträgt sie allerdings immer noch das 1,7-Fache des Westniveaus. So groß war der Abstand auch von 1994 bis 1997. Bei stagnierender Konjunktur war er allerdings auch schon merklich größer. Hinzu kommt, dass der Wegzug von Arbeitnehmern die Arbeits-losenquote in den neuen Bundesländern gedrückt hat, was zeigt, dass sich die Le-bensbedingungen nicht angeglichen ha-

ben. In den vergangenen zehn Jahren ha-ben die neuen Länder sieben Prozent ih-rer Bevölkerung verloren, im Westen betrug der Rückgang nur 1,5 Prozent. Auch beim Blick auf die Beschäftigungs-entwicklung gibt es wenig zu feiern. Mit-te 1992 stellten die neuen Länder noch knapp 23 Prozent der gesamtdeutschen sozialversicherungspflichtigen Arbeits-plätze. Ende 2012 lag der Anteil mit 18,7 Prozent allerdings so tief wie noch nie seit der Wiedervereinigung.

Einzig beim Lohnniveau sind der Osten und der Westen einander näher gekom-men. Von 57 Prozent des Westniveaus 1991 stieg das durchschnittliche Lohnniveau im Osten auf 82 Prozent 2012. Seit dem Jahr 2009 hat sich diese Entwicklung jedoch nicht weiter fortgesetzt. Insgesamt spie-gelt das auch die Angleichung der Wirt-schaftskraft wider – jedenfalls, wenn man sie auf die im Osten deutlich schneller sin-kende Bevölkerung bezieht. Von 43 Pro-zent des Westniveaus stieg die relative Wirtschaftsleistung pro Einwohner bis 2009 auf 72 Prozent. 2012 lag sie mit 71 Prozent des Westniveaus aber wieder et-was niedriger.

Auch im Osten gibt es Erfolgsgeschichten – doch die Abwanderung der Bürger in den Westen geht weiter.

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Forstetzung von Seite 1

Helmut Kohl: Der damalige Kanzler kündigte 1996 das Ende des Solis an.

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18,7 %der sozialversicherungs- pflichtigen Stellen in Deutschland liegen in den neuen Ländern.

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STREIT ÜBER SOLIDARITÄTSZUSCHLAG 54 TITELTHEMA DIENSTAG, 23. JULI 2013, NR. 139 DIENSTAG, 23. JULI 2013, NR. 139

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Page 24: Articles 19.1.2016

sensor signal-conditioning ics ease the design of sensor systemsby David Grice (ZMDI)October 1st, 2013 in Electronic Industry (USA)

OCTOBER 2013 • electronicproducts.com • ElECTROniC PROduCTs

1 Energy-Saving Initiativean electronic products special series

sponsored by

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Sensor signal-conditioning ICs ease the design of sensor systems

BY DAVID GRICE Field Application Engineer, ZMDI, www.zmdi.com

The market for sensors and sensor-related components is a high-growth industry expected to

expand in automotive, industrial, medi-cal, and consumer applications. Products such as media players, tablet PCs, and smartphones are driving significant growth in the sensor market, requir-ing a related increase in the number of designers and manufacturers integrating sensors into modules for resale or for their own products. The wide range of sensing element types and demands for faster time to market and lower costs present numerous challenges, even for veterans of sensor design.

The perennial challenge for sensor interface designers is correcting and calibrating the inherent non-idealities present in transducers, typically offset and nonlinear response to stimulus with a temperature dependence for one or both of these factors. There are a host of custom design approaches and solutions to this problem, but the availability of commodity integrated circuits offers designers new choices that are powerful and cost-effective. By combining precise, programmable analog circuitry with high-density digital controllers dedicat-ed to processing correction algorithms, these sensor-signal-conditioner (SSC) ICs reduce the design time and cost of sensor systems while providing the designer with a menu of built-in capabili-ties and support tools for implement-ing sensor correction. Understanding the sensor’s characteristics and how to configure its corresponding SSC are key ingredients for obtaining optimum per-formance and keeping costs low.

Overview of sensor correctionTransducers exhibit various types and degrees of offset and nonlinear response. The basic idea of calibration and correc-tion is to maximize the usable range and transform the nonlinear response into a predictable linear output that minimizes the error in the sensor output. The nature

of non-idealities varies widely between sensor types, and the difficulty and com-plexity of applying corrections increase in proportion to the magnitude and degree of these undesirable effects.

Figure 1 illustrates several types of sensor responses. Each has different basic characteristics and related correction issues. S1 has low offset and relatively low nonlinearity. S2 has a narrow span but a very high offset, which must be removed before applying sufficient gain to create a useful signal level. S3 has a sharp “knee,” and piecewise linear correction is generally a good option for these types of nonlinear-ities. S4 has an inflection point and would require at least a third-order polynomial correction to achieve a high accuracy over the entire measurement range.

Another important factor to consider is how these sensors behave over tem-perature. Figure 2 shows a typical scenario for the temperature variation of a sensor element. In this case, the offset increases

while the span decreases with increasing temperature. The challenge is to under-stand what the exact nature of the depen-dence is and remove its contribution to system error. Plotting the offset and gain versus temperature will reveal another set of curves with linear, quadratic, or high-er-order dependence on temperature.

Each individual sensor element will have its own characteristic span and offset with respective temperature dependen-cies. The type of correction algorithm applied must also account for the type and degree of these differences across variations such as process tolerances, shifts between manufacturing lots, or package stress effects introduced in the next assembly level.

Hardware implementationThe block diagram shown in Fig. 3 presents a practical and cost-effective approach to sensor calibration and correction. It is a 16-bit resolution resis-tive-bridge sensor signal conditioner with built-in correction algorithms capable of compensating for a variety of unde-sirable sensor characteristics. A propri-etary microcontroller with 18-bit digital signal processing (DSP) performs the necessary calculations for the correction algorithms using calibration coefficients

Cost effective and power efficient, sensor-signal-conditioning ICs deliver high precision and accuracy if implemented properly

Fig. 1: Typical sensor responses to input stimulus.

Fig. 2: Sensor output variation over temperature.

Page 25: Articles 19.1.2016

OCTOBER 2013 • electronicproducts.com • ElECTROniC PROduCTs

2 Energy-Saving Initiativean electronic products special series

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stored in nonvolatile memory. In addition, this device performs auxiliary operations including temperature sensing and bridge biasing, and it has multiple communication interfaces. It represents a complete solution for interfacing and correcting the output of a sensor bridge, providing a precise, accu-rate, and compensated sensor output.

Getting to know your sensorOne of the most important and effective tasks that the designer can carry out is a thorough characterization of the sensor element. Time and effort invested in this important step will pay off in the long run by reducing overall design time and development costs, improving the overall system performance and robustness, and ultimately reducing production test time and cost. It is tempting to rush through this part of the product development cycle, but experienced sensor system designers will testify to the importance of spending the necessary time and resourc-es to characterize and analyze sensor data before proceeding to the next step of developing an optimized sensor correc-tion algorithm.

For example, consider the response curve of sensor S3 in Fig. 1. If the input range is limited to between 10% and 30% or 60% and 90%, a first-order gain and offset correction algorithm might suffice, depending on temperature variations. However, if the sensor must operate across the entire sensor input range, a more sophisticated correction algorithm is needed. Even if the intended range of operation appears to be confined to one of the linear regions, consider what would happen if a future lot of sensors were to shift so that the knee of the curve moved into what was previously a linear region?

Not having the flexibility and availability of more sophisticated correction tech-niques could require significant redesign.

It is vitally important for the sen-sor system designer to understand the characteristics of the sensor across the input measurement range and over the operating temperature range.

Some of the more important con-siderations includethe more important considerations include • The shape and order of the sensor re-

sponse over the desired measurement range, including at least a 10% margin outside the expected minimum and maximum values.

• The type and order of temperature dependence for offset and span.

• The consistency of the measured param-eters. Consider what would be the effect on the correction algorithm if future manufac-turing lots have a shift in a significant feature such as an inflection point or the sign of a temperature coefficient.

• Whether the characteriza-tion data set is adequate and statistically significant. This includes the number of devices tested and the number of points measured for each.

• How much error the data acquisition system contributes to the characterization.

• Selecting and implementing the best correction technique

Once the sensors have been characterized and the dataset is evaluated, the next step is to narrow the field of correction options. The ultimate goal is to produce measurement results that meet sensor product accuracy requirements with the minimum number of points necessary for calibration during

production. With the sensor characteri-zation data in hand, the degree and type of correction required for gain and offset can be matched with the best algorithm available in the SSC.

Table 1 is a list of the some typical algorithms available in commercial ICs. The algorithms are organized by the type and degree of correction, and the second column indicates how many measure-ment points are needed to calculate the calibration coefficients for each algorithm. The next columns list the element of cor-rection each calibration method applies and describe the sensor characteristics that must be isolated and quantified to de-termine the optimal algorithm. TC refers to the temperature coefficient. Eliminate algorithms that correct for negligible effects in the particular system and choose the one with the least number of measure-ment points.

SSC manufacturers usually provide hardware and software for their devices that allow selecting and evaluating the cal-ibration methods quickly and easily. Soft-

Fig. 3: Block diagram of a sensor signal conditioner IC.

Fig. 4: Screen capture of software aid for selecting and evaluating calibration methods.

Table 1: List of correction algorithms for an SSC showing the number of calibration points and the correction factors applied.

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Neueste Forschung macht‘s möglich: Schnelle fehlerbehebung im fahrzeug durch Diana Forschungsprojektby ZMDI, Infineon, Continental, AudiAugust 5th, 2013 on www.infineon.com

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Neueste Forschung macht’s möglich: Schnelle Fehlerbehebung im Fahrzeug durch DIANA-Forschungsprojekt Presseinformation der Projektpartner des deutschen Forschungsprojekts "DIANA": AUDI, Continental, Infineon Technologies, ZMDIWirtschaftspresse

5. August 2013

Neubiberg, 5. August 2013 – Ab 2015 könnten sich die Werkstattaufenthalte für Fahrzeuge beträchtlich verkürzen. Möglich wird dies durch die gemeinsame Forschungsarbeit der Unternehmen AUDI, Continental, Infineon Technologies und ZMDI. Im Projekt DIANA haben sie daran geforscht, wie sich die Analyse- und Diagnosefähigkeiten in elektronischen Steuergeräten im Fahrzeug verbessern lassen. In dreijähriger Arbeit sind unter der Leitung von Infineon Verfahren entstanden, mit denen eine differenzierte Fehlererkennung und damit die schnellere Fehlerbehebung in der Werkstatt möglich werden. Mit Unterstützung von Forschungseinrichtungen und Universitäten wurde der Weg bereitet für die "Durchgängige Diagnosefähigkeit in Halbleiterbauelementen und übergeordneten Systemen zur Analyse von permanenten und sporadischen Fehlern im Gesamtsystem Automobil" (DIANA).

Die Fahrzeugelektronik ist heute überaus komplex. Durchschnittlich 80 elektronische Steuergeräte gibt es im Auto; im Premiumfahrzeug können es hundert und mehr sein. Erfahrungsgemäß ist in der Fahrzeugelektronik die eigentliche Ursache vieler gemeldeter Fehler nicht einwandfrei feststellbar. Häufig blieb der Werkstatt nur die Möglichkeit, einen Fehler anhand der Fehlerbeschreibung systematisch durch Austausch von Systemkomponenten einzugrenzen und so zu beheben.

Auf Basis der in DIANA erarbeiteten Verfahren werden sich Elektronikstörungen im Automobil in Zukunft schneller und deutlich effizienter erkennen und beheben lassen. Entscheidende Grundlage hierfür sind Verfahren der Qualitätskontrolle aus der Produktion der Halbleiterindustrie. Diese Verfahren wurden von den DIANA-Forschungspartnern so weiterentwickelt, dass die im Fahrzeug verbauten Chips unmittelbar für die Eigendiagnose des Fahrzeugs genutzt werden können. Als Ergebnis daraus können sich vor und während der Fahrt auch die elektronischen Steuergeräte des Fahrzeugs fortlaufend selbst überprüfen. Auf Basis dieser in kontinuierlicher Eigendiagnose gewonnenen Daten lassen sich Fehlfunktionen frühzeitig erkennen, denn die Diagnosedaten werden vorverarbeitet an übergeordnete Systemkomponenten des Steuergeräts übergeben. Davon profitieren die Mechatroniker in der Werkstatt dann bei der Fehlerdiagnose. Eine solche durchgängige Diagnosefähigkeit im Fahrzeug ist erst durch die konzertierten Forschungs- und Entwicklungsarbeiten der DIANA-Forschungspartner realisierbar geworden.

Bewähren sich die Diagnosetechniken im Fahrzeug, bieten sich weitere sicherheitsrelevante Anwendungsfelder an, z.B. in anderen Verkehrssystemen wie Bahn oder Flugzeug oder auch in der Medizintechnik.

Das Projekt DIANA wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen der Hightech-Strategie der Bundesregierung und des Programms "Informations- und Kommunikationstechnologie 2020" (IKT 2020) mit einem Beitrag von etwa 4,8 Millionen Euro gefördert. Schwerpunkte des IKT 2020-Programmes sind unter anderem Automobil und Mobilität; Ziel ist es, die Robustheit der Fahrzeugelektronik maßgeblich zu verbessern.

Weitere Projektbeteiligte

Unterstützt wurden die vier Projektpartner von dem Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen Dresden, der Universität der Bundeswehr München und den Universitäten Cottbus, Erlangen-Nürnberg und Stuttgart.

Über AUDI

Die AUDI AG hat als Automobilhersteller im Premiumsegment im Jahr 2012 weltweit 1.455.123 Automobile an Kunden ausgeliefert. Das Unternehmen entwickelt und produziert in Deutschland an den Standorten Ingolstadt und Neckarsulm sowie an acht weiteren Auslandsstandorten. Mit derzeit mehr als 70.000 Mitarbeitern erzielte der AUDI Konzern, zu dem auch die Marken Lamborghini und Ducati zählen, im vergangenen Jahr einen Umsatz von 48,8 Milliarden Euro.

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15.10.2013http://www.infineon.com/cms/de/corporate/press/news/releases/2013/INFXX201308-...

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Über Continental

Continental gehört mit einem Umsatz von 32,7 Milliarden Euro im Jahr 2012 weltweit zu den führenden Automobilzulieferern. Als Anbieter von Bremssystemen, Systemen und Komponenten für Antriebe und Fahrwerk, Instrumentierung, Infotainment-Lösungen, Fahrzeugelektronik, Reifen und technischen Elastomerprodukten trägt Continental zu mehr Fahrsicherheit und zum globalen Klimaschutz bei. Continental ist darüber hinaus ein kompetenter Partner in der vernetzten, automobilen Kommunikation. Continental beschäftigt derzeit rund 173.000 Mitarbeiter in 46 Ländern. Weitere Informationen unter www.continental-corporation.com.

Über ZMDI

Die Zentrum Mikroelektronik Dresden AG (ZMDI) ist ein weltweiter Anbieter von Analog- und Mixed-Signal-Halbleiterlösungen für Automobil-, Industrie-, Medizin-, Mobile Sensing-, IT- und Verbraucheranwendungen. Diese Lösungen ermöglichen unseren Kunden, Produkte im Bereich Power Management, Beleuchtung und Sensoren zu entwickeln, die für ein Höchstmaß an Energieeffizienz sorgen. Seit mehr als 50 Jahren befindet sich der Hauptsitz von ZMDI in Dresden. Mit mehr als 350 MitarbeiterInnen weltweit betreut ZMDI seine Kunden mit Verkaufsstellen und Entwicklungscentern in Deutschland, Italien, Bulgarien, Frankreich, Irland, Japan, Korea, Taiwan und den Vereinigten Staaten. Weitere Informationen unter www.zmdi.com.

Pressekontakte:

AUDI AG Armin Götz Kommunikation Produkt / Technik Telefon: +49 (841) 89-90703 E-Mail: [email protected]

Continental AG Simone Geldhäuser Externe Kommunikation Division Powertrain Telefon: +49 (941) 790-61302 E-Mail: [email protected]

ZMDI Freda von Kopp Marcom Creative Manager Corporate Marketing and Communications Telefon: +49 (351) 8822-204 E-Mail: [email protected]

Über Infineon

Die Infineon Technologies AG bietet Halbleiter- und Systemlösungen an, die drei zentrale Herausforderungen der modernen Gesellschaft adressieren: Energieeffizienz, Mobilität sowie Sicherheit. Mit weltweit rund 26.700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern erzielte Infineon im Geschäftsjahr 2012 (Ende September) einen Umsatz von 3,9 Milliarden Euro. Das Unternehmen ist in Frankfurt unter dem Symbol "IFX" und in den USA im Freiverkehrsmarkt OTCQX International Premier unter dem Symbol "IFNNY" notiert.

Informationsnummer

INFXX201308.059

• Support

Bezugsquellen für Infineon-Produkte

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15.10.2013http://www.infineon.com/cms/de/corporate/press/news/releases/2013/INFXX201308-...

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unter der Hautby Dr. Marko Mailand (ZMDI) October 2013 in electronik JOURNAL (Germany)

Aktive BauelementeASIC

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Mit mehreren Millionen registrierten Erkrankungen ist Diabetes heute eine Volkskrankheit und eine der we-sentlichen Ursachen für zahlreiche Kreislauferkran-kungen. Medizinisch unterscheidet man zwischen Pa-

tienten, bei denen die Bauspeicheldrüse kein Insulin produziert (Diabetes Typ-1) und Betroffenen, bei denen der Körper eine Re-sistenz gegen Insulin zeigt (Diabetes Typ-2). Insbesondere die Typ-1-Diabetes erfordert eine möglichst kontinuierliche Überwachung des Blutzuckerspiegels.

Unter der HautNFC- und Sensor-Komponenten auf einem Chip zur In-Vivo-Blutanalyse

Spezifische Kommunikations- und Sensortechnologien mit modernsten biochemischen Lösungen kombiniert: Mit diesem Halbleiter adressiert ZMDI die kontinuierliche telemedizinische Überwachung von Blutparametern. So sollen zum Beispiel Diabetes-Patienten mehr über ihren Blutzuckerspiegel erfahren, ohne sich Blut zu entnehmen. Autor: Dr. Marko Mailand

Zur Lösung dieses Problems hat das Unternehmen Senseonics einen Fluoreszenz-Sensor entwickelt, der die Basis für ein implan-tierbares, kontinuierliches Glukosemesssystem bildet. Das neuarti-ge Sensor-Systemkonzept ist neben der kontinuierlichen Glukose-messung auch auf eine ganze Reihe weiterer Anwendungen adap-tierbar. Die Elektronik des ambulant implantierbaren (in-vivo) Sensor-Moduls (Bild 1) ist in einem speziell für Senseonics entwi-ckelten ASIC von ZMDI integriert. Das elektronische Systemkon-zept basiert auf der Nutzung ISO-kompatibler Nahfeld-Kommuni-

elektronikJOURNAL 05/201328

Bild 1: Der Fluoreszenz-Sensor von Senseonics misst nur 15 mm x 3 mm; er dient als Basis für ein implantierba-res Glukosemesssystem.

www.elektronikjournal.com

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Aktive BauelementeASIC

Alles drinEin besonderer ASIC von ZMDI nutzt NFC zur Kommunikation und Energieversorgung, kombiniert mit dem Treiber für eine UV-LED und den entsprechenden Photo-Sensoren sowie der Signalaufbereitung und -Verarbeitung. Mit diesem Chip hat Senseonics eine implantier-bare Lösung zum Messen von Blutparametern entwickelt.

infoDIREKT www.all-electronics.de 505ejl0513

Auf einen Blick

Reader oder NFC-Master. Der Anwendungsvorteil der ASIC-Rea-lisierung als passiver Transponder liegt auf der Hand: im Sensor-Modul wird keine Batterie benötigt, und es besteht damit keine Einschränkung der Lebenszeit und In-Vivo-Verbleibedauer auf-grund von Energieversorgungseigenschaften.

Störungen vermeidenDie besondere Herausforderung besteht nun darin, zu verhindern, dass der Reader jedes Last-Schaltverhalten der digitalen und ana-logen Baugruppen, insbesondere des Sensor-Teils, als Rückmodu-lation fehlinterpretiert (Bild 3). Zusätzlich muss gewährleistet sein, dass für eine Sensor-Messung oder einen Messzyklus ausreichend Energie zur Verfügung steht.

Die größten Stromverbraucher des ASICs sind der Analog-Digi-tal-Wandler sowie der LED-Treiber beziehungsweise die LED an sich. Diese brauchen etwa 0,35 mA bei einer intern geregelten Spannung von 2,8 V (ADC) oder bis zu 2 mA bei der ungeregelten Betriebsspannung Vsup ~ 4 V (LED) entsprechend der Topologie in Bild 3. Um trotz dieser notwendigen Lastunterschiede keine uner-wünschten Frequenzanteile in der Luftschnittstelle zu generieren

kation (NFC) und -Energieversorgung (ISO15693, zukünftig auch ISO14443-3) mittels loser, induktiver Kopplung. Befehle (zum Bei-spiel Messen, Daten speichern, Daten lesen, Diagnose), Daten und Energie werden dabei drahtlos vom NFC-Master zum implantier-ten Sensor-Modul, dem NFC-Sensor-Transponder, übertragen (Bild 2). Letzterer steuert den Ablauf, führt die jeweiligen Messauf-gaben durch und sendet die Daten zurück an den NFC-Master, welcher die einzelnen Messwerte zum Beispiel in einen Glukose-wert umrechnet. Der NFC-Master kann beispielsweise als ein spe-zifisches Armbandgerät ausgeführt oder auch direkt in einem Smartphone integriert sein.

Durch die Kombination von Wireless-NFC-Technologie mit ei-nem optischen Signalübertragungsweg für die Bestimmung der Blutparameter – speziell der Glukosekonzentration – wird aufbau-technisch eine komplette Verkapselung des implantierbaren NFC-Sensor-Transponders möglich. Da nun aber auch die Energiever-sorgung drahtlos geschieht und das Sensor-Modul folglich batte-rielos agiert, ist die Lebensdauer nur noch durch inhärente Senso-reigenschaften begrenzt – das ist im Wesentlichen das Nachlassen der Fluoreszenzintensität des biochemischen Indikators, der sich auf der Außenseite des Sensors befindet.

NFC/RFID-KompatibilitätWesentliche Anwendungsvorteile für die Patienten resultieren aus der Integration von ISO-standardkompatiblen Kommunikations- und Power-Management-Komponenten. Die aktuelle ASIC-Versi-on implementiert ein ISO15693-Transponderinterface. Das analo-ge ISO-Frontend nutzt einfache Amplitudendetektion zur Demo-dulation und ein steuerbares Lastverhalten mittels einer Clamp-Schaltung zur passiven Rückmodulation. Bei Letzterem wird das Magnetfeld mit der Modulationsfrequenz von ungefähr 423,75 kHz entsprechend gedämpft; diese Dämpfung detektiert dann der

Bild

er: Z

MDI

Bild 2: Das Prinzipbild der Funktionsweise des In-Vivo-Gluko-

se-Biosensors zeigt, dass der Sensor per NFC mit Mobilgeräten

kommuniziert.

Bild 3: Sensor-System-Topologie: Der aktive Reader (links, NFC-

Master) versorgt und kontrolliert den passiven NFC-Sensor-Trans-

ponder.

29elektronikJOURNAL 05/2013www.elektronikjournal.com

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30 www.elektronikjournal.comelektronikJOURNAL 05/2013

Aktive BauelementeASIC

sind im ASIC speziell geformte, stetige Ein/Ausschalt-Rampen in der Power-Management-Einheit integriert. Dadurch werden die Spektralanteile, verursacht durch das Schalten, in einen Bereich um die 400 kHz verschoben – das relevante Passband liegt aber bei 13,56 MHz ±1 MHz. Das Datensignal wird somit nicht gestört.

On-Chip-SensorikDas Hauptmessprinzip zur Ermittlung der Glukosekonzentration nutzt zwei optische Kanäle. Eine vom ASIC gespeiste UV-LED emittiert Licht, welches von der Kapseloberfläche zurückgeworfen wird. Ein Spektralanteil besteht dabei genau aus dem emittieren UV-Licht und beinhaltet keinerlei Nutzinformation.

Der Hauptspektralanteil jedoch, resultiert aus der Fluoreszenz der Indikatorchemikalie an der Außenseite des Sensormoduls. Hierbei werden genau nur jene Indikatoren zur Fluoreszenz ange-regt, an welche sich Glukosemolekühle gekoppelt haben (Bild 2). Dabei gilt, dass die Intensität der Fluoreszenz direkt von der Kon-zentration der Glukose abhängt. Beide Spektralanteile (UV-Reflek-tion und Signal-Fluoreszenz) werden von spektral selektiven On-Chip-Fotodioden detektiert und im ASIC analog aufbereitet und digitalisiert.

Alle biochemischen Prozesse sind temperaturabhängig. Zur Kompensation dieses Einflusses ist im ASIC ein hochgenauer Tem-peratursensor integriert. Über diesen kann auf weniger als 0,2 K genau die tatsächliche Temperatur des Sensor-Moduls und des umgebenden Gewebes bestimmt werden.

SelbstdiagnoseDarüber hinaus sind im ASIC mehrere Eigendiagnostik- und Ap-plikations-Status-Sensoren integriert. Bei der Eigendiagnostik werden dem Temperaturmesspfad oder dem optischen Messpfad (über die Fotodioden) vordefinierte Schaltungsoffsets hinzugefügt, die zu einer bekannten, erwarteten Änderung des Analog/Digital-Wandler-Ergebnisses im Verhältnis zur entsprechenden Nicht-Di-agnostik-Messung führen müssen. Dadurch lassen sich eventuelle ASIC-interne Alterungs- oder Drift-Effekte auch im implantierten Zustand des Sensors erkennen.

Der On-Chip-Statussensor zur Messung der aktuell verfügbaren Feldstärke ermöglicht es, dem Patienten mitzuteilen, ob die Kopp-lung, sprich die Lage des NFC-Masters relativ zum Sensor-Modul, ausreicht oder verbessert werden muss, um genügend Energie für den Betrieb zu übertragen. Auf diesem Weg kann der Sonsor den NFC-Master auch informieren, wenn die Übertragungs- oder Sen-deenergie sinken darf – falls die induktive Kopplung gerade mehr

als ausreichend ist. Das ermöglicht eine Situations-optimale, ener-gieeffiziente Systemauslegung der gesamten Applikation (NFC/Sensor-Transponder in Zusammenspiel mit NFC-Master). Die Ta-belle zeigt die entsprechenden Dynamikbereiche und Empfind-lichkeiten der integrierten Sensoren.

Adaptierbarkeit durch digitale SteuerungDie digitale Steuerung der einzelnen Sensorkanäle erlaubt bis zu acht unterschiedliche Messungen pro Messzyklus. Ein Messzyklus ist dabei die tatsächliche Reaktion des NFC/Sensor-Transponders auf einen einzelnen Messbefehl des NFC-Masters. Je nach den ge-wünschten Informationen sowie der dafür notwendigen Messab-folge werden in einem Zyklus Messungen mit und ohne emittie-render LED durchgeführt (Bild 4), die Einzelwerte in On-Chip-Registern zwischengespeichert und nach Beendigung aller Mes-sungen die gesammelten Ergebnisse über die NFC-Schnittstelle übermittelt. Die einzige Begrenzung liegt dabei darin, dass der NFC-Master entsprechend der ISO-Standards eine Antwortzeit von maximal 20 ms zulässt. Ein Messzyklus inklusive Setup und Antwort muss somit innerhalb dieser Zeit geschehen, um kein No-Response-Timeout-Ereignis auszulösen.

Die Auswertung und Interpretation der einzelnen Sensor-Mess-werte geschieht dann softwarebasiert auf der NFC-Master-Seite. Die freie Konfigurierbarkeit des Messzyklus’ ermöglicht die An-wendung des ASICs und seiner Einzelsensoren in verschiedenen Applikationen. So sind neben der Glukosemessung beispielsweise auch Messungen für Blutsauerstoff, Blutalkohol und vieles mehr denkbar. Hierfür kann das elektronische Sensor-System einfach angepasst werden – es bedarf dafür aber anderer biochemischer Indikatoren.

Im TestDerzeit befindet sich das erste Gesamtsystem von Senseonics zur Glukosemessung in der klinischen Erprobung in den USA, Kana-da, Großbritannien, Deutschland und Indien. Die Entwicklung dieses Systems und des zugrunde liegenden NFC/Sensor-Trans-ponder-ASICs von ZMDI ist dabei ein erster Schritt auf dem Weg zu vollständig autonomen, robusten telemedizinischen und klini-schen Anwendungen, die sich vollständig in den normalen Alltag integrieren lassen. (lei) n

Der Autor: Dr. Marko Mailand ist Projekt Manager für Mixed-Signal-IC-Entwicklung im Bereich Medical, Consumer und Industrial bei ZMDI in Dresden.

Tabelle: Optionen und Eigenschaften des Multi-Sensor-Front-Ends

Mess-/Sensor-Typ Messbereich Maximale Empfindlichkeit

Fotodioden-Strom 1,16 µA 4,5 pA/count

Temperatur +15 … +50 °C 18 mK/count

Externe Spannung -1,5 … +1,5 V 1,2 mV/count

Feldstärke (Iclamp) 140 mW 10 µW/count

Spannung: LED-Treiber 1,6 V 1 mV/count

Diagnose – Optik 1,16 µA 4,5 pA/count

Diagnose – Temperatur +15 … +50 °C 18 mK/count

Bild 4: Die Systemsteuerung und der Messablauf ermöglichen bis zu acht Messungen pro Zyklus.

Im ASIC ermitteln eine ganze Reihe an Sensoren wichtige Daten über den Patienten. Quelle: ZMDI.

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Designing an asic chip to control an implantable glucose Measurement Deviceby Uwe Günther (ZMDI); Andrew DeHennis (Senseonics, Inc.)November 2013 in Medical Design Briefs (U.S.)

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sensor module design improves automotive electrical integrationby Torsten Herz (ZMDI)2014 in 21ic. eBooks (online publication) in Asia

传感器模块设计促进汽车电子的集成

作者:ZMDI 公司,Torsten Herz

得益于最新的基础传感器的控制系统所提供的精确、实时的监测,新汽车引擎的工作效率更高,对环境的影响更小。

这种性能改善的一项结果是,车辆中传感器应用的数量在过去几年中突破了两位数的增长。另一项结果是,在车辆中增加

更多的传感器模块成为一项趋势。这些模块必须可靠、强韧,必须能够在恶劣的物理、化学和电气压力条件下长期稳定工

作,并具有高精度。

此外,汽车传感器模块还需要一系列内置的诊断功能,以支持汽车 OEM 厂商“按需维护”的政策,以及安全攸关的

传感器应用(比如刹车压力传感)所需的特殊故障模式操作。

对于传感器模块而言,耐化学性(即对介质、湿气和腐蚀的免疫性)和物理强韧性(例如耐冲击和振动)主要取决于

所采用的材料以及组装和连接技术。电气强韧性,即电磁兼容性(EMC),取决于应用电路、电子元器件(集成电路,分

立器件)以及应用电路中的电气连接的布局走线。

本文将描述汽车传感器模块于电气强韧性方面的设计与应用。采用 ZSC31150 传感器信号调理器(SSC 集成电路)能

够设计出高精确度的传感器模块,其不仅能够在-40 至+150°C 的温度条件下工作,而且能够提供更好的 EMC 性能以及一系

列保护和诊断功能,以用于处理 SIL2/ASIL-B 等级的关乎安全的应用。采用传感器模块的智能化电气设计,将所有 EMC相关参数考虑在内(即,寄生电容和电感),可以在最优的模块成本下实现高度的电气强韧性和内置的诊断功能,以及对

被测信号的极高精度测量。

因为传感器系统和处理单元之间的机械设计和互连对其电磁行为有着重要的影响,所以针对嵌入式传感功能(ESF)和独立传感器模块(SASEM)使用不同的方法是至关重要的。

就 ESF 而言,传感器电子的位置靠近处理单元——在汽车应用中就是电子控制单元(ECU)。ESF 和 ECU 之间的连

接通常非常短(<<30cm),一般以印制电路板(PCB)上的走线来实现。现代 ESF 都提供了数字接口,例如串行外设接口

(SPITM,微芯科技的商标),其连接到 ECU 的微控制器。因为在同一 PCB 上且距离较近,因此有几种选择可供满足汽车

中严格的 EMC 要求(即,屏蔽或使用外部保护器件)。ESF 的一个例子就是气压传感。

对 SASEM 而言,配置是完全不同的。它们往往通过最长可达 2.5 米的无屏蔽线束连接到 ECU(参见图 1 中的示

例)。模块外壳(金属或塑料材质)内部可用的电路板空间是非常有限的,并趋于进一步的微型化,因为更少的材料耗费

等同于更轻的重量,进而等同于更低的成本。取决于不同的供电方式(电池供电或 ECU 供电),有各种兼容的输出接口:

电池供电的 SASEM

• 脉宽调制(PWM)输出(高边负载) • PWM 输出(低边负载) • 控制器区域网络(CAN 总线)接口 • 本地互联网络(LIN 总线)接口 • 纯粹的模拟电压输出

ECU 供电的 SASEM

• 比值测量模拟电压输出 • SAE J2716 单边半字节传输(SENT)接口(快速、单向的点到点数字数据传输) • 外设传感器(PSI5)接口(两线电流编码的数字数据传输)

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图 1:汽车压力传感器模块的典型构造

ECU ECU V+ V+ OUT OUT V- V- Harness(1=1.7m) 线束(I=1.7 米) Plug for Electrical Connection 电气连接插头 Case of the Module 模块外壳 Electronic Parts 电子器件 PCB 印制电路板(PCB) Plug for Pneumatic or Hydraulic Connection 气动或液压连接插头 Pressure Supply Adaptor(“PSA“) with Sensor 带传感器的压力适配器(PSA) System to be Monitored 待监测系统

对客车而言,使用 ECU 供电的 SASEM 来提供比值测量模拟电压输出这种方式仍然很常见。常见的供电电压大约是直

流 5V±10%,而单个 SASEM 总的电流消耗应当≤10mA。如前所述,外壳的工作条件相当恶劣,这就导致了一些有效的无

源 EMC 保护器件无法使用,比如铁氧体磁珠,它只能工作在最高+125°C 的温度下。

SASEM 的 EMC 要求

取决于模块的不同设计(例如,模块外壳的材料),ZSC31150 的差分输入端 VBP 和 VBN 到 VSSA 之间可能额外需要

两个 10nF(最大)电容(如图 2 绿色部分所示),以满足 SASEM 的 EMC 规范——这就需要我们对有关典型的汽车 EMC要求加以讨论。

图 2:ZSC31150 汽车应用电路

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5VDC 直流 5V Standardized Artificial Network(AN) 标准化人工网络(AN) 1μF 1μF 1μh 1μh 100nF 100nF Application-Specific Test Network 专用测试网络 VDD VDD VOUT VOUT VSS VSS DC 直流 BCI Antenna at Varying Positions 各种位置处的 BCI 天线 Harness(1=1.7m) 线束(I=1.7 米) Case of the Module 模块外壳 RF 射频 GND=chassis 地=机壳 IRF_sink IRF_sink IRF_source IRF_source ZC_GND ZC_GND PCB PCB CS_PSA CS_PSA SSC-IC+ext.caps SSC 集成电路+外部电容 PSA PSA CV+_C CV+_C CVOUT_C CVOUT_C CV-_C CV-_C ZPSA_C ZPSA_C

重要注解:强烈推荐在设计模块之前为每种 EMC 测试定制该电路,因为不同的 EMC 测试电路可能会要求不同的模块

设计。“通用的”解决方案往往过于昂贵。

为了满足苛刻的汽车 EMC 要求,必须考虑所有的相关电气寄生参数,特别是电气传感器电路和 SASEM 的其他传导器

件之间的寄生电容,如图 3 所示。模块的结构可能有许多不同的配置,其在汽车内部的组装如表 1 所示。外壳和压力适配

器(PSA)都可以是塑料或金属的,并且二者都可以与底盘有电流接触或没有接触。

模块构造 汽车装配 配置

塑料外壳和塑料 PSA 与汽车底盘没有电流接触 1 PSA 与汽车底盘之间没有电流接触 2 塑料外壳和金属 PSA PSA 与汽车底盘之间有电流接触 3 外壳与汽车底盘之间没有电流接触 4 金属外壳和塑料 PSA 外壳与汽车底盘之间有电流接触 5 外壳与汽车底盘或 PSA 之间没有电流接触,PSA 与汽车底盘间没有电

流接触 6

外壳与汽车底盘或 PSA 之间没有电流接触,PSA 与汽车底盘间有电流

接触 7

外壳与汽车底盘间没有电流接触,但与 PSA 之间有电流接触,PSA 与

汽车底盘间没有电流接触 8

金属外壳和金属 PSA

外壳与汽车底盘间没有电流接触,与 PSA 之间没有电流接触,而 PSA与汽车底盘间没有电流接触

9

金属外壳和金属 PSA 外壳与汽车底盘及 PSA 之间有电流接触 10

表 1. 模块构造和汽车装配可能的配置

在表 1 中,就 BCI 测试的等效 RF 电路而言,配置 1 和 10 代表了两个极限。在配置 1 中,所有的寄生阻抗都是最大

值;而在配置 10 中,它们都是最小值或已经短路。

影响 SASEM EMC 的模块特性

第一项考虑因素是 CBCI 天线和线束之间的电磁耦合。如果 RF 电流 IRF 的频率在 RF 发射 CBCI 天线和被测器件

(DUT)之间的线束段的初始谐振频率的范围内,那么感应电流 IRF_sink(见图 3)就是最大的。感应电流值取决于寄生阻

抗,特别是 ZC_GND。

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随着 IRF_sink 的增加,其对被测器件的影响也变得更强。最坏的情况(即最大的射频敏感性)是配置 10,因为 ZC_GND = 0 欧姆(外壳和车辆底盘间的电流接触)且 ZPSA_C=0 欧姆(PSA 和外壳间的电流接触)。在这种情况下,IRF_sink只受限

于被测器件的信号路径 VDD、VOUT 和 VSS 相对于外壳的寄生电容(CV+_C,CVOUT_C,和 CV-_C),以及相对于 PSA 的传

感器桥的寄生电容(CS_PSA)。不过,还有一些其他寄生电容(即相对于外壳的内部信号路径)也可能会降低被测器件的

射频敏感性。

示例

• DUT=±40mV(标称值)的模拟输出电压所允许的容差 • 输入信号的有效增益“G”(在 SSC 集成电路的模拟前端进行调节):G=400V/V • 直流桥电阻=4kΩ;在其差分端产生的 AC 桥阻抗=2kΩ

在本示例中,由射频能量所引起的差分桥电压的变化极值是(±40mV/G)=±0.1mV,而所产生的桥分流电流之间差值

的极值是±0.1mV/2kΩ = ± 50nA!

这个非常简单的示例说明了机械结构和所选材料对传感器模块的 EMC 性能的影响。在汽车大批量生产的条件下,考

虑到系统的成本,定义寄生参数要更为困难。

一种有效的设计理念是基于选择不导电材料作为示例压力传感器模块的外壳和压力适配器(PSA)(参考表 1 中的配

置 1)。这种不导电材料确保了 ZPSA_C和 ZC_GND取得最大值。但是,为了消除 PCB 的导电结构相对于地的其他寄生电容

的影响,设计必须将模块在车内的装配情况考虑在内。如果被监测系统与其外壳之间的连接也是由不导电材料组成的,那

么寄生阻抗就是最大值。

在 PCB 布局走线时,比较容易确保相对于地的寄生电容 CV+_C,CVOUT_C 和 CV-_C 近乎相等,以使得进入的射频能量

就像是 SASEM 的共模信号。换句话说,在 SASEM 处,没有合适的射频地可用,这使得在被测的宽谱频率范围内阻拦该

射频能量(例如,通过电容)变得几乎不可能。此外,电容不是“理想”元件——它们内部也有寄生参数——特别是其串

联电感(ESL),它决定了电容开始像电感那样起作用的频率极限。典型的 0805 封装 MLCC-X8R 电容的 ESL 是

1~1.5nH。只有通过高的共模抑制比(CMRR),才能实现对所加射频能量的高抗扰性。ZSC31150 可以通过配置保证这一

点。

如果 SASEM 外壳和 PSA 需要用导电材料,所产生的寄生阻抗会更小,而感应射频电流会更大。因为 SASEM 中不同

元器件(即本示例中的外壳、PCB 和 PSA)间存在机械容差,所以在大批量汽车生产的制造条件下,很难确定这些寄生参

数。

这个问题的一种解决方案是,为感应射频电流设计一条从线束到地的通道,它需要靠近传感器系统的信号路径并具有

极低的阻抗。模块的导电外壳可以提供这种通道,并为模块的 PCB 提供针对 GHz 范围内辐射射频信号的屏蔽。采用这种

结构理念的另一优势在于,SASEM 在车内装配的条件无法降低其电磁抗扰性,因为采用这种设计考虑了最坏的情况(参见

表 1 中的配置 10)。

SASEM 的负电源电压与底盘之间不允许有电流接触。在外壳与地之间增加一个具有足够高的额定工作直流电压和承受

高瞬态电压的电容即可以为射频电流提供这样的一条路径。这一解决方案的巨大缺点是必须使用到金属外壳(例如,铝质

外壳)的强韧性以提供长期稳定的电气连接,从而增加了成本。此外,外壳与地之间的电容必须指定相对较高的电压(例

如 500 或 1000V),从而导致更大的封装和更高的成本。

上面讨论的隔直电容(连接在 VDD-VSS 和 VOUT-VSS 之间)的 ESL 以及所导致的对有效频率范围的限制也需要加以

考虑。同样,备选方案是创建一种 PCB 布局走线,针对到 SSC 集成电路的敏感的传感器信号线进行优化,以便通过浮动

的金属外壳为感应射频能量提供高的射频对称性和完全相同的阻抗。这会使得进入的射频能量就像是 SASEM 的共模信号

一样。针对于金属外壳直接放电的 ESD 所需的强韧性(典型要求:自 SASEM 的地算起±15kV)可以通过将应用电路绘制

在 PCB 上以及与金属外壳间的其他适当的隔离来实现。

通过最坏情况下大电流注入测试的模块设计

图 4 演示了基于表 1 中的配置 10,在不使用外壳到地电容的情况下,所生成的面向共模大电流注入(CBCI)的电路。

Page 37: Articles 19.1.2016

图 4:基于配置 10 经过优化的传感器模块的 CBCI 测试电路和 EMC 电路

5VDC 直流 5V Standardized Artificial Network(AN) 标准化人工网络(AN) 1μF 1μF 1μh 1μh 100Nf(typ.) 100Nf(典型值) Application-Specific Test Network 专用测试网络 VDD VDD VOUT VOUT VSS VSS DC 直流 BCI Antenna at Varying Positions 位置变化的 BCI 天线 Harness(1=1.7m) 线束(I=1.7 米) Case of the Module 模块外壳 RF 射频 GND=chassis 地=底盘 IRF_sink IRF_sink PCB PCB CS_PSA CS_PSA ZSC31150+ext.caps ZSC31150+外部电容 PSA PSA CV+_C CV+_C CVOUT_C CVOUT_C CV-_C CV-_C

通过图 4 中 PCB 上所示的 3~5 个外部电容,可以用配置 10 来实现合适的 EMC 性能。在“最佳情况”条件 1 中,只需

C1、C2 和 C5 即可满足 EMC 要求。这些电容也能够显著降低模块引脚处的 ESD 峰值电压,因此通过>4kV(例如 8kV ESD)电压的 ESD 测试成为可能。在“最坏情况”配置 10 中,除了 C1、C2、C3、C4 和 C5 之外,可能还需要进行合理的

PCB 布局走线并采用与金属外壳间的合适隔离。

PCB 布局走线对于降低传感器模块的电磁敏感性是非常重要的。电容 C1 和 C2 必须尽可能地靠近线束的末端,而到

SSC 集成电路引脚的走线应该具有几乎完全相等的尺寸。强烈推荐所有连接传感器元件和 SSC 集成电路输入的 PCB 走线

都应当越短越好,越相近越好。电容 C5(如果需要,还有 C3 和 C4)必须放置得尽可能地靠近 SSC 集成电路引脚。所有

这些建议都能够帮助优化 PCB 布局走线的射频共模特性,以实现射频拒绝(RF rejection)。

符合 GMW3097 汽车标准的模块设计

一项严格且有关暂态强韧度的 EMC 标准示例是通用汽车的 GMW3097 标准。这项汽车规范要求系统能防护以电容方

式耦合到供电线上的高达 85V 的暂态脉冲,后者会产生串扰行为。这项规范要求在测试时用 100nF 的耦合电容以串联方式

连接到“尖峰发生器”,后者所产生的一系列 10 个 85V 脉冲会被传输到 SASEM 的线束上。在测试中,SASEM 允许有一

项或多项功能超过规范的极限值;但是一旦测试完成,这些功能必须回到规范。

Page 38: Articles 19.1.2016

应用要求规定了为满足GMW3097 规范需要哪些I/O线路。在下面的示例中,由等式 2 确定,我们选择了在图 5 的测试

线路中所示的电路元件值,以便在供电线路(VCC)上满足 85V规范。要在ZSC31150设计中满足这项要求,需要如下的元

器件,因为它的供电引脚VDDE和VSSE以及模拟输出引脚OUT都指定了最大±33VDC的直流过压:

C1 = 220 nF

C2 = 47 nF(推荐值;参考 ZSC31150 的数据手册)

C3 = 100 nF(推荐值;参考 ZSC31150 的数据手册)

C4 = 100 nF

(2)

(2)

其中,在尖峰产生过程中 V1 = 85V,

(3) 在尖峰产生过程中

图 5:示例 GMW3097 EMC 测试设置

Sensor Module 传感器模块 VDDA VDDA VDDE VDDE VSSA VSSA ZSC31150 ZSC31150 VSSE VSSE VCC VCC OUT OUT GND 地 Application under Test 被测应用 VCC VCC GND 地 Spike Generator (Impedance ≤2Ω ) 尖峰发生器(阻抗≤2Ω)

面向满足诊断需求的模块设计

Page 39: Articles 19.1.2016

为了遵从汽车 OEM 厂商“按需维修”的政策,需要 SASEM 提供一系列内置诊断功能,以检验传感器元件,到 ECU的连接以及内部电子线路的正常工作(特别是 SSC 集成电路)。除了 SSC 集成电路中由其架构所决定的内部诊断以外,

“按需维修”还需要一些常见的诊断功能。

以下诊断功能与传感器元件有关:

• 传感器连接检查(考虑走线的短路和断路) • 传感器老化检测

对于 SASEM 和 ECU 之间断掉的线束电线的检测,有两种重要的情况:

• 电源缺失;即 VCC 线存在断路 • 地缺失;即地线存在断路

对于这两种情况,必须要确保 ECU 可以检测到输出信号线的这些故障状况。根据 ECU 设置的不同,可能会要求输出

信号通过连接到信号线的 ECU 负载电阻驱动到诊断故障带(DFB)。为启用此设置,在这两种故障情况下,SASEM 的信

号输出必须被驱动到高阻态/低漏电流态。例如,当出现电源/地缺失时,规定 ZSC31150 的输出其输出漏电流在+150°C 时≤ ±25µA(在+125°C 下≤ ±12.5µA)。

最佳的独立传感器模块设计

对于 ECU 供电的独立传感器模块,如果其接口采用电阻性的传感器元件并提供比值测量模拟电压输出,那么汽车

OEM 应用的所有技术和商业要求都可以通过深思熟虑的模块设计(特别是 PCB 布局走线)来得以满足,这时需要考虑无

源元器件的真实特性以及所有相关的寄生参数,并利用高性能的 SSC 集成电路(例如 ZSC31150)。

Torsten Herz 是 ZMDI 公司全球现场应用工程组经理

Page 40: Articles 19.1.2016

Finanzierung_Innovationen18 Deutsche Bank_r e s u l t s

Mehr Power für Pioniere!Öffentliche Fördermittel erleichtern Mittelständlern die Produktentwicklung. Die Hausbank sorgt dafür, dass alles klappt. Angst vor Bürokratie ist dabei unbegründet

Erfolg ist für den Dresdner Halbleiterher-

steller ZMDI auch eine Frage der Geschwin-

digkeit. Im Wettbewerb mit den globalen

Chip-Giganten sucht das Management des Mittel-

ständlers unentwegt nach aussichtsreichen spe-

ziellen, innovativen Marktsegmenten. „Dort wol-

len wir schneller sein als die Großen und diesen

Vorsprung gewinnbringend nutzen“, sagt Finanz-

vorstand Steffen Wollek. Wichtigstes Produkt von

ZMDI sind energieeffi ziente und stromsparende

Chips für Sensoren in der Fahrzeugindustrie, der

Medizintechnik sowie im Industrie- und Consu-

merbereich. Zu den Abnehmern zählen führende

Unternehmen wie ZF, Continental, Braun, Festo

und Casio.

Mit hohem Einsatz arbeitet das Unternehmen

daran, seinen Vorsprung zu verteidigen. 30 Prozent

des Umsatzes von zuletzt rund 60 Millionen Euro

fl ießen in die Entwicklung – deutlich mehr als bei

der Konkurrenz, die laut Wollek im Schnitt 18 bis

20 Prozent investiert. Dabei ist Geduld gefragt.

„Die meisten Projekte sind langfristig“, sagt Wollek.

„Vom Beginn der Entwicklung bis zur Erzielung der

ersten Umsätze dauert es mindestens zwei Jahre,

und die Innovationszyklen werden immer kürzer.“

Für einen langen Atem sorgen nun unter anderem

staatliche Fördermittel.

Ob Bund, Land oder EU – Unterstützung durch

die öffentliche Hand trägt entscheidend dazu bei,

dass der Mittelstand seine Innovationskraft voll

entfalten kann. „Bei der Finanzierung von For-

schung und Entwicklung mit Eigenmitteln stoßen

vor allem kleine Unternehmen an Grenzen“ – so

lautet das Fazit einer Studie des Deutschen Insti-

tuts für Wirtschaftsforschung (DIW). Allein über

Kredite lassen sich die F&E-Kosten aber häufi g

nicht fi nanzieren, da deren Erfolg schwer pro-

gnostizierbar ist. Die Lücke schließen dann die

öffentlichen Programme als „wichtige zusätzliche

Finanzierungsquelle“.

Die Praxis zeigt jedoch, dass gerade mittel-

ständische Firmen die Möglichkeiten oft nicht

nutzen – weil sie diese entweder nicht kennen

oder bürokratische Hindernisse fürchten. „Dabei

bietet Innovationsförderung die Chance, die F&E

fi nanziell zu beschleunigen und bei Erfolg die Wett-

bewerbsfähigkeit des Unternehmens entschei-

dend zu stärken“, sagt Sabine Tieves, Leiterin für

Öffentliche Fördermittel bei der Deutschen Bank.

Keine Einzelnachweise mehr nötig

Bei der Suche nach passenden Fördertöpfen kann

die Hausbank die Rolle des Wegweisers über-

nehmen. So war es im Fall von ZMDI. Seit dem

vergangenen Jahr setzt das Unternehmen Mit-

tel der Europäischen Investitionsbank (EIB) ein,

und zusätzlich unterstützt der Europäische

ThesenDer Staat fördert: Bei der F&E-Finanzierung

stoßen kleinere Unternehmen schnell an

Grenzen. Deshalb bieten EU, Bund und Länder

eine Fülle von Förderprogrammen.

Die Bank hilft: Viele Unternehmen schöpfen

diese Möglichkeiten nicht aus. Dabei kann

gerade die Bank ihnen helfen, ohne großen

Aufwand an Förderung zu kommen.

Die Bürokratie schrumpft: Ein neues

Programm des Europäischen Investitions-

fonds, das die Deutsche Bank als Erste

seit Anfang vorigen Jahres vermittelt, kommt

gezielt Unternehmen mit weniger als

500 Beschäftigten zugute.

FO

TOS

: CO

RB

IS, F

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LIA

018_results_01-2014 18 10.03.14 10:11

Mehr Power für Pioniere!Article and interview with Steffen Wollek (ZMDI)March 2014 in Deutsche Bank_results (Germany), print and digital

Page 41: Articles 19.1.2016

Finanzierung_Innovationen 19Deutsche Bank_r e s u l t s

Video

019_results_01-2014 19 10.03.14 10:11

Page 42: Articles 19.1.2016

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(2)

Finanzierung_Innovationen20 Deutsche Bank_r e s u l t s

ZMDI: Europa hilft forschenFür den Sensorspezialisten ZMDI sind Fördermittel ein wichtiger Baustein der Innova-

tionsstrategie. 30 Prozent des Umsatzes investieren die Dresdner in F&E. Auch die Program-

me der staatlichen Förderbank KfW hat Finanzvorstand Steffen Wollek (Foto) im Blick.

Aktuell setzt ZMDI auf Mittel der Europäischen Investitionsbank sowie des Europäischen

Investitionsfonds, der innovative Mittelständler mit bis zu 500 Mitarbeitern mit Garan-

tien unterstützt. „Vor allem die langfristige Ausrichtung hat uns überzeugt“, sagt Wollek.

Friedola Tech: Recycling macht starkBeim Kunststoffhersteller Friedola Tech wird schon in der Entwicklung dafür gesorgt, dass

auch das Recycling optimal funktioniert. „Wir verstehen uns als Greentech-Unternehmen“,

sagt der kaufmännische Leiter Werner Eisenhardt (Foto). Logistiker und Autohersteller

sind wichtige Kunden der Thüringer – sie legen viel Wert auf Leichtbau, um die CO2-Bilanz

zu senken. Auch darauf muss Friedola Tech bei Innovationen achten. Unterstützt von

der Europäischen Investitionsbank entstand eine neue, leistungsfähige Laminieranlage.

Investi tions fonds (EIF) die Finanzierung mit

einer 50-Prozent-Garantie. „Die Deutsche Bank hat

uns das Programm vorgeschlagen, das wir dann

aus einer Reihe von Instrumenten ausgewählt

haben“, sagt Steffen Wollek. ZMDI profi tiere nun

von günstigen Zinsen und mehr Finanzierungs-

spielraum. „Vor allem aber hat uns die langfristige

Ausrichtung überzeugt.“ Über fünf Jahre läuft die

Förderung – die ersten zwei Jahre sind tilgungs-

frei. „Das ist angesichts der herrschenden Innova-

tionszyklen für uns wichtig“, sagt Wollek. „Es geht

darum, nachhaltiges Wachstum abzusichern und

nicht nur eine kurzfristige Unterstützung des ope-

rativen Geschäfts.“ Denn das Ziel von ZMDI lautet:

„Wir wollen weiter wachsen.“ In den USA und Asien

hat das Unternehmen schon Standorte aufgebaut.

Entwicklung mit Staatshilfe

Der Zugang zu den Garantien des Europäischen

Investitions fonds wird für Unternehmen wie ZMDI

einfacher, da die EIB-Tochter nicht nur einzelne Pro-

jekte unterstützt. Firmen mit bis zu 500 Beschäf-

tigten weisen nun anhand von einfachen Kriterien

nach, dass sie innovativ sind, um die Garantie zu

erhalten. Die Deutsche Bank ist hierzulande das

erste Institut, das dabei mit dem EIF kooperiert.

Unterstützt dieser ein Unternehmen, senkt das

die Risiken – Kredite können so zu günstigeren

Konditionen vermittelt werden.

Ergänzend wirkt das ERP-Innovationsprogramm

der staatlichen Förderbank KfW – es begünstigt

Mittelständler bei Investitionen in Neu- und Wei-

terentwicklungen. „Hier wird nicht das Unterneh-

men als solches gefördert, sondern ein spezielles

förderfähiges Projekt. Dabei ist eine umfassendere

Dokumentation erforderlich“, sagt Sabine Tieves.

Der Einsatz kann sich freilich lohnen. „In Bezug auf

die Zinsen ist es eines der günstigsten Angebote.

Zudem kann ein unbesichertes Nachrangdarle-

hen gewährt werden, es ist Eigenkapital auf Zeit.“

Für results haben die Fördermittel-Experten der

Deutschen Bank die wichtigsten Förderinstrumen-

te für Mittelständler analysiert (Tabelle Seite 22).

„Das unbesicherte KfW-Darlehen ist Eigenkapital auf Zeit“

020_results_01-2014 20 10.03.14 10:11

Finanzierung_Innovationen 21Deutsche Bank_r e s u l t s

Niedrige Zinsen dank EU-GarantieDeutsche Bank stellt bis zu

120 Mio. Euro zusätzlich bereit

Mit einem Garantiepro-

gramm unterstützt der

Europäische Investitions-

fonds (EIF) Firmen, die weniger als

500 Beschäftigte haben. „Risk Sharing

Instrument“ heißt die neue Form

der Risikobeteiligung. Binnen zwei

Jahren kann die Deutsche Bank als

erster Partner des EIF in Deutschland

innovativen Unternehmen dank einer

50-Prozent-Garantie bis zu 120 Mil-

lionen Euro an zusätzlichen Mitteln zu

günstigen Konditionen bereitstellen.

Der EIF deckt bei Zahlungsverzug oder

-ausfall 50 Prozent des ausstehenden

Kreditbetrags. „Damit ändert sich die

Risikobetrachtung fundamental“, sagt

Johannes Winkler, Experte für öffentli-

che Förderung bei der Deutschen Bank.

Mit dem Programm verbunden ist ein

Umsteuern der EU bei der Förderung.

Unternehmen müssen nicht mehr ein-

zelne Projekte dokumentieren, sondern

nur eines von mehreren Kriterien er-

füllen, um als innovativ kategorisiert zu

werden und so Zugang zu den Mitteln

zu erhalten. Dazu zählt unter anderem

der Sitz in einem Technologiepark,

die Registrierung eines Patents oder

der Erhalt eines Innovationspreises

innerhalb der vergangenen 24 Monate.

WEITERE INFORMATIONEN

Kontakt: Ihr Kundenbetreuer.

Europäische Investitionsbank:

www.eib.org

Förderung des Europäischen Investi-

tions fonds: www.eif.org

Innovationsförderung der KfW für den

Mittelstand: www.kfw.de, Stichwort

„Mittelstandsförderung“

Enge Kooperation mit den Kunden schon im Ent-

wicklungsprozess – nach diesem Prinzip arbeitet

der thüringische Kunststoffspezialist Friedola

Tech. „Wir verstehen uns als Innovationstreiber für

die Logistik und die Fahrzeugindustrie“, sagt der

kaufmännische Leiter Werner Eisenhardt. Leicht-

bau und Wiederverwendungsfähigkeit nennt er als

zentrale Kriterien der Entwicklungsarbeit seines

Unternehmens.

„CON-Pearl“ heißt ein Kunststoffmaterial von

Friedola Tech – Hohlkammern machen es beson-

ders leicht, eine Glasfaserverstärkung sorgt für

hohe Stabilität. CON-Pearl ist die Basis für zahlrei-

che Produkte des Unternehmens. Ein Beispiel: Kof-

ferraumböden für einen deutschen Autohersteller.

„Wir haben 2012 das gemeinsame Entwicklungs-

projekt vorgeschlagen“, sagt Eisenhardt. In diesem

Fall kamen die Partner auch ohne Innovations-

förderung ans Ziel – heute liefert Friedola Tech die

gesamte Kofferraumauskleidung.

Öffentliche Mittel setzt das Unternehmen

dagegen ein, um sein Grundprodukt zu verbes-

sern – eine neue Laminieranlage soll die Produk-

tions kapazität verdoppeln. „Wir arbeiten in diesem

Zuge auch an neuen Eigenschaften des Materials“,

sagt Eisenhardt – feuerhemmend und leitfähig soll

es sein. „Das lässt sich mit der neuen Anlage be-

sonders gut machen.“ Rund sechs Millionen Euro

investiert Friedola Tech. „Dem gegenüber steht ein

Produktionswert von rund 25 Millionen Euro pro

Jahr“, sagt Eisenhardt. Wichtigster Abnehmer ist

die Logistikbranche – Friedola Tech produziert für

sie Transportbehälter für Schüttgüter, etwa Gra-

nulate. Gefördert wird das Projekt wie bei ZMDI

über EIB und EIF – auch Friedola Tech mit seinen

rund 400 Mitarbeitern erhält so einen günstigen

Zinssatz. „Wir haben mit der Bank eine umfang-

reiche Marktstrategie ausgetauscht und verschie-

dene Anwendungsfelder für unsere Innovationen

aufgeführt“, erläutert Eisenhardt. „Wir sind jetzt

insgesamt als innovatives Unternehmen einge-

stuft. Spezielle Projekte zu zeigen, war deshalb

nicht nötig.“

Parallel zur EU bieten auch Bund und Länder

Unterstützung für forschungsstarke Mittelständ-

ler. Auf dem Weg zu internationalen Märkten nutzt

die Montanhydraulik AG in Holzwickede günstige

Darlehen der NRW.BANK. Fünf Jahre Laufzeit, ein

Zins von gerade einmal 1,45 Prozent – „das ist für

uns äußerst vorteilhaft“, sagt der kaufmännische

Geschäftsführer Josef Mertens. Das Geld trägt

dazu bei, eine neue Drehmaschine zu fi nanzieren,

mit der Montanhydraulik weltweit neue Kunden

erschließen will. Kostenpunkt: 1,5 Millionen Euro.

Staat beteiligt sich an Risiken

Das seit 60 Jahren familiengeführte Unternehmen

arbeitet in großen Dimensionen: In Staudämmen

und Schleusen oder mobilen Kränen kommen Hy-

drau lik zylinder der Westfalen zum Einsatz – zuletzt

erwirtschaftete Montanhydraulik mit weltweit

1100 Mitarbeitern etwa 225 Millionen Euro Um-

satz. Dank der neuen Produktionsanlage sind noch

mächtigere Varianten möglich. Die 28 Meter langen

Zylinder werden auf Öl-, Gasplattformen und Bohr-

schiffen eingesetzt. „Die Maschine ist vom Grund-

konzept her keine Innovation“, erläutert Mertens.

„Aber sie versetzt uns in die Lage, ein innovatives

Produkt herzustellen, das speziell auf den jeweili-

gen Kunden zugeschnitten ist.“ So kann künftig ein

weltweit führender Hersteller von Geräten für die

Gas- und Erdölexploration beliefert werden.

Bei Montanhydraulik wird nicht nur der Ent-

wicklungseinsatz mit Mitteln der NRW.BANK be-

lohnt. Es gibt am Produkt einige Verbesserungen,

etwa bei der Steuerung. „Die neue Maschine ist

beim Stromverbrauch deutlich günstiger als ihr

Vorläufer“, sagt Mertens. Der Einsatz für eine

bessere Energiebilanz öffnete den Weg zu einem

weiteren Fördertopf, der Investitionen in

28,6 %aller mittelständischen Unter-

nehmen in Deutschland

stützen sich bei der Finanzierung

ihrer F&E-Aufwendungen auf

öffentliche Fördermittel,

ergab eine Umfrage des DIW.

Quelle: DIW Berlin; 1391 Unternehmen befragt;

Mittelwerte in Prozent

021_results_01-2014 21 10.03.14 10:12

Page 43: Articles 19.1.2016

Finanzierung_Innovationen 21Deutsche Bank_r e s u l t s

Niedrige Zinsen dank EU-GarantieDeutsche Bank stellt bis zu

120 Mio. Euro zusätzlich bereit

Mit einem Garantiepro-

gramm unterstützt der

Europäische Investitions-

fonds (EIF) Firmen, die weniger als

500 Beschäftigte haben. „Risk Sharing

Instrument“ heißt die neue Form

der Risikobeteiligung. Binnen zwei

Jahren kann die Deutsche Bank als

erster Partner des EIF in Deutschland

innovativen Unternehmen dank einer

50-Prozent-Garantie bis zu 120 Mil-

lionen Euro an zusätzlichen Mitteln zu

günstigen Konditionen bereitstellen.

Der EIF deckt bei Zahlungsverzug oder

-ausfall 50 Prozent des ausstehenden

Kreditbetrags. „Damit ändert sich die

Risikobetrachtung fundamental“, sagt

Johannes Winkler, Experte für öffentli-

che Förderung bei der Deutschen Bank.

Mit dem Programm verbunden ist ein

Umsteuern der EU bei der Förderung.

Unternehmen müssen nicht mehr ein-

zelne Projekte dokumentieren, sondern

nur eines von mehreren Kriterien er-

füllen, um als innovativ kategorisiert zu

werden und so Zugang zu den Mitteln

zu erhalten. Dazu zählt unter anderem

der Sitz in einem Technologiepark,

die Registrierung eines Patents oder

der Erhalt eines Innovationspreises

innerhalb der vergangenen 24 Monate.

WEITERE INFORMATIONEN

Kontakt: Ihr Kundenbetreuer.

Europäische Investitionsbank:

www.eib.org

Förderung des Europäischen Investi-

tions fonds: www.eif.org

Innovationsförderung der KfW für den

Mittelstand: www.kfw.de, Stichwort

„Mittelstandsförderung“

Enge Kooperation mit den Kunden schon im Ent-

wicklungsprozess – nach diesem Prinzip arbeitet

der thüringische Kunststoffspezialist Friedola

Tech. „Wir verstehen uns als Innovationstreiber für

die Logistik und die Fahrzeugindustrie“, sagt der

kaufmännische Leiter Werner Eisenhardt. Leicht-

bau und Wiederverwendungsfähigkeit nennt er als

zentrale Kriterien der Entwicklungsarbeit seines

Unternehmens.

„CON-Pearl“ heißt ein Kunststoffmaterial von

Friedola Tech – Hohlkammern machen es beson-

ders leicht, eine Glasfaserverstärkung sorgt für

hohe Stabilität. CON-Pearl ist die Basis für zahlrei-

che Produkte des Unternehmens. Ein Beispiel: Kof-

ferraumböden für einen deutschen Autohersteller.

„Wir haben 2012 das gemeinsame Entwicklungs-

projekt vorgeschlagen“, sagt Eisenhardt. In diesem

Fall kamen die Partner auch ohne Innovations-

förderung ans Ziel – heute liefert Friedola Tech die

gesamte Kofferraumauskleidung.

Öffentliche Mittel setzt das Unternehmen

dagegen ein, um sein Grundprodukt zu verbes-

sern – eine neue Laminieranlage soll die Produk-

tions kapazität verdoppeln. „Wir arbeiten in diesem

Zuge auch an neuen Eigenschaften des Materials“,

sagt Eisenhardt – feuerhemmend und leitfähig soll

es sein. „Das lässt sich mit der neuen Anlage be-

sonders gut machen.“ Rund sechs Millionen Euro

investiert Friedola Tech. „Dem gegenüber steht ein

Produktionswert von rund 25 Millionen Euro pro

Jahr“, sagt Eisenhardt. Wichtigster Abnehmer ist

die Logistikbranche – Friedola Tech produziert für

sie Transportbehälter für Schüttgüter, etwa Gra-

nulate. Gefördert wird das Projekt wie bei ZMDI

über EIB und EIF – auch Friedola Tech mit seinen

rund 400 Mitarbeitern erhält so einen günstigen

Zinssatz. „Wir haben mit der Bank eine umfang-

reiche Marktstrategie ausgetauscht und verschie-

dene Anwendungsfelder für unsere Innovationen

aufgeführt“, erläutert Eisenhardt. „Wir sind jetzt

insgesamt als innovatives Unternehmen einge-

stuft. Spezielle Projekte zu zeigen, war deshalb

nicht nötig.“

Parallel zur EU bieten auch Bund und Länder

Unterstützung für forschungsstarke Mittelständ-

ler. Auf dem Weg zu internationalen Märkten nutzt

die Montanhydraulik AG in Holzwickede günstige

Darlehen der NRW.BANK. Fünf Jahre Laufzeit, ein

Zins von gerade einmal 1,45 Prozent – „das ist für

uns äußerst vorteilhaft“, sagt der kaufmännische

Geschäftsführer Josef Mertens. Das Geld trägt

dazu bei, eine neue Drehmaschine zu fi nanzieren,

mit der Montanhydraulik weltweit neue Kunden

erschließen will. Kostenpunkt: 1,5 Millionen Euro.

Staat beteiligt sich an Risiken

Das seit 60 Jahren familiengeführte Unternehmen

arbeitet in großen Dimensionen: In Staudämmen

und Schleusen oder mobilen Kränen kommen Hy-

drau lik zylinder der Westfalen zum Einsatz – zuletzt

erwirtschaftete Montanhydraulik mit weltweit

1100 Mitarbeitern etwa 225 Millionen Euro Um-

satz. Dank der neuen Produktionsanlage sind noch

mächtigere Varianten möglich. Die 28 Meter langen

Zylinder werden auf Öl-, Gasplattformen und Bohr-

schiffen eingesetzt. „Die Maschine ist vom Grund-

konzept her keine Innovation“, erläutert Mertens.

„Aber sie versetzt uns in die Lage, ein innovatives

Produkt herzustellen, das speziell auf den jeweili-

gen Kunden zugeschnitten ist.“ So kann künftig ein

weltweit führender Hersteller von Geräten für die

Gas- und Erdölexploration beliefert werden.

Bei Montanhydraulik wird nicht nur der Ent-

wicklungseinsatz mit Mitteln der NRW.BANK be-

lohnt. Es gibt am Produkt einige Verbesserungen,

etwa bei der Steuerung. „Die neue Maschine ist

beim Stromverbrauch deutlich günstiger als ihr

Vorläufer“, sagt Mertens. Der Einsatz für eine

bessere Energiebilanz öffnete den Weg zu einem

weiteren Fördertopf, der Investitionen in

28,6 %aller mittelständischen Unter-

nehmen in Deutschland

stützen sich bei der Finanzierung

ihrer F&E-Aufwendungen auf

öffentliche Fördermittel,

ergab eine Umfrage des DIW.

Quelle: DIW Berlin; 1391 Unternehmen befragt;

Mittelwerte in Prozent

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Page 44: Articles 19.1.2016

Finanzierung_Innovationen22 Deutsche Bank_r e s u l t s

Ausgewählte Konzepte zur Innovationsfi nanzierung über öffentliche Fördermittel für den Mittelstand

Förderung Instrument WirkungFinanzierungsvolu-men pro Vorhaben

Variantenantragsberechtigte Unternehmen

Zugang

das innovative Projekt

Globaldarlehen der Europäischen Investitionsbank

Günstigere Kunden-zinssätze (gegen -über normaler Bankfi nan zierung) führen zu vermin-derten Zinsbelastun-gen für den Kunden.

bis 12,5 Millionen Euro

Kombination mit der Garantie des Europäischen Investitionsfonds

< 3000 Beschäftigte

Zugang zu allen hier genannten Finanzierungs-möglichkeiten vermittelt der Firmenkunden-betreuer.

Darüber hinaus bestehen weitere Finanzierungs-möglichkeiten für Innovationen z. B. über Zuschüsse oder Eigenkapital.

diverse Förder-programme der KfW-Bankengruppe

in der Regel bis 5 Millionen Euro

Mezzanine-Tranchen

bis 500 Millionen Euro Umsatz

diverse Förderpro-gramme der Landes-förderinstitute

in der Regel bis 10 Millionen Euro

Haftungs-freistellungen

in der Regel bis 500 Millionen Euro Umsatz

das innovative Unterneh-men

Garantie des Europäischen Investitionsfonds

ergänzt andere bank-übliche Sicherheiten des Kunden und führt zu einer Verringerung des Risikopreises

bis 7,5 Millionen Euro

Kombination mit dem Global-darlehen der Europäischen Investitions bank

< 500 Beschäftigte

Wichtig: In vielen Fällen muss die Beantragung von öffentlichen Fördermitteln vor dem Beginn der Investition erfolgen.

„Förderung ist wichtig, weil wir die Arbeit nicht sofort in Umsatz ummünzen können“

eine höhere Effi zienz unterstützt. Lange

habe das Unternehmen ganz ohne öffentliche Un-

terstützung gearbeitet. „Wir reinvestieren immer

einen Großteil der Gewinne in die Firma“, erläu-

tert Geschäftsführer Mertens. Die internationale

Expansion aber habe Mittel erfordert, die allein mit

Bordmitteln nicht zu stemmen waren.

„Die Bank hat die Rolle des Initiators übernom-

men, den gesamten Prozess begleitet und auch

die bürokratischen Formalitäten übernommen“,

sagt Mertens. Er ist überzeugt, dass sich der Ein-

satz für sein Unternehmen und den Standort

gleichermaßen auszahlen wird. „Bislang gab es

weltweit nur wenige Unternehmen, die solche

Zylinder herstellen konnten. Nun können wir in

den Wettbewerb einsteigen.“ In Indien beispiels-

weise will Montanhydraulik das Geschäft aus-

bauen. „Dort wird stark auf Stromerzeugung aus

Wasserkraft gesetzt“, sagt Mertens. „Für die Betä-

tigung der Schleusentore sind Großzylinder nötig.“

Er erwartet, dass die neuen Hydraulikzylinder mit-

telfristig zehn bis 15 Prozent zum Gesamtumsatz

des Unternehmens beisteuern können. „Auch in

Südamerika gibt es großes Potenzial für uns“, sagt

Mertens. „Allerdings sind große Investitionen nö-

tig, um dort Fuß zu fassen. Es funktioniert nur mit

einem Partner vor Ort.“

Innovation und Internationalisierung – auch

bei pfm medical ist beides eng verwoben. Stetig

hat der Kölner Medizintechnikhersteller den Aus-

landsanteil am Umsatz gesteigert, zuletzt lag er bei

gut 40 Prozent. Tendenz: weiter steigend. Die Pro-

duktpalette ist breit: Skalpelle, Beatmungsmasken,

chirurgische Implantate sowie Produkte für das

Therapiemanagement zählen dazu. Für Wachstum

sorgen vor allem die entwicklungsintensiven Pro-

dukte – neben den Implantaten sind das Produkte,

die bei Herzoperationen zum Einsatz kommen. Um

13,6 Prozent stockte pfm medical 2012 seine F&E-

Ausgaben auf. „Das ist bei uns sehr langfristig aus-

gerichtet“, sagt Finanzvorstand Reinhard Blunck.

„Da ist Förderung besonders wichtig, weil wir die

022_results_01-2014 22 10.03.14 10:12

Page 45: Articles 19.1.2016

Finanzierung_Innovationen22 Deutsche Bank_r e s u l t s

Ausgewählte Konzepte zur Innovationsfi nanzierung über öffentliche Fördermittel für den Mittelstand

Förderung Instrument WirkungFinanzierungsvolu-men pro Vorhaben

Variantenantragsberechtigte Unternehmen

Zugang

das innovative Projekt

Globaldarlehen der Europäischen Investitionsbank

Günstigere Kunden-zinssätze (gegen -über normaler Bankfi nan zierung) führen zu vermin-derten Zinsbelastun-gen für den Kunden.

bis 12,5 Millionen Euro

Kombination mit der Garantie des Europäischen Investitionsfonds

< 3000 Beschäftigte

Zugang zu allen hier genannten Finanzierungs-möglichkeiten vermittelt der Firmenkunden-betreuer.

Darüber hinaus bestehen weitere Finanzierungs-möglichkeiten für Innovationen z. B. über Zuschüsse oder Eigenkapital.

diverse Förder-programme der KfW-Bankengruppe

in der Regel bis 5 Millionen Euro

Mezzanine-Tranchen

bis 500 Millionen Euro Umsatz

diverse Förderpro-gramme der Landes-förderinstitute

in der Regel bis 10 Millionen Euro

Haftungs-freistellungen

in der Regel bis 500 Millionen Euro Umsatz

das innovative Unterneh-men

Garantie des Europäischen Investitionsfonds

ergänzt andere bank-übliche Sicherheiten des Kunden und führt zu einer Verringerung des Risikopreises

bis 7,5 Millionen Euro

Kombination mit dem Global-darlehen der Europäischen Investitions bank

< 500 Beschäftigte

Wichtig: In vielen Fällen muss die Beantragung von öffentlichen Fördermitteln vor dem Beginn der Investition erfolgen.

„Förderung ist wichtig, weil wir die Arbeit nicht sofort in Umsatz ummünzen können“

eine höhere Effi zienz unterstützt. Lange

habe das Unternehmen ganz ohne öffentliche Un-

terstützung gearbeitet. „Wir reinvestieren immer

einen Großteil der Gewinne in die Firma“, erläu-

tert Geschäftsführer Mertens. Die internationale

Expansion aber habe Mittel erfordert, die allein mit

Bordmitteln nicht zu stemmen waren.

„Die Bank hat die Rolle des Initiators übernom-

men, den gesamten Prozess begleitet und auch

die bürokratischen Formalitäten übernommen“,

sagt Mertens. Er ist überzeugt, dass sich der Ein-

satz für sein Unternehmen und den Standort

gleichermaßen auszahlen wird. „Bislang gab es

weltweit nur wenige Unternehmen, die solche

Zylinder herstellen konnten. Nun können wir in

den Wettbewerb einsteigen.“ In Indien beispiels-

weise will Montanhydraulik das Geschäft aus-

bauen. „Dort wird stark auf Stromerzeugung aus

Wasserkraft gesetzt“, sagt Mertens. „Für die Betä-

tigung der Schleusentore sind Großzylinder nötig.“

Er erwartet, dass die neuen Hydraulikzylinder mit-

telfristig zehn bis 15 Prozent zum Gesamtumsatz

des Unternehmens beisteuern können. „Auch in

Südamerika gibt es großes Potenzial für uns“, sagt

Mertens. „Allerdings sind große Investitionen nö-

tig, um dort Fuß zu fassen. Es funktioniert nur mit

einem Partner vor Ort.“

Innovation und Internationalisierung – auch

bei pfm medical ist beides eng verwoben. Stetig

hat der Kölner Medizintechnikhersteller den Aus-

landsanteil am Umsatz gesteigert, zuletzt lag er bei

gut 40 Prozent. Tendenz: weiter steigend. Die Pro-

duktpalette ist breit: Skalpelle, Beatmungsmasken,

chirurgische Implantate sowie Produkte für das

Therapiemanagement zählen dazu. Für Wachstum

sorgen vor allem die entwicklungsintensiven Pro-

dukte – neben den Implantaten sind das Produkte,

die bei Herzoperationen zum Einsatz kommen. Um

13,6 Prozent stockte pfm medical 2012 seine F&E-

Ausgaben auf. „Das ist bei uns sehr langfristig aus-

gerichtet“, sagt Finanzvorstand Reinhard Blunck.

„Da ist Förderung besonders wichtig, weil wir die

022_results_01-2014 22 10.03.14 10:12

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Montanhydraulik: Neue MaschinenEs zählt jeder Meter: Ein norwegischer Kunde fragte an, ob Montanhydraulik für Öl- und

Gasplattformen auch 28 Meter lange Hydraulikzylinder herstellen könne. Eine ganz

neue Maschine musste her, um den Wunsch erfüllen zu können. Die nötige Investition hat

das westfälische Unternehmen mit Unterstützung der NRW.BANK gestemmt. „Das bringt

uns bei der internationalen Expansion voran“, erläutert der kaufmännische Geschäftsführer

Josef Mertens (Foto).

pfm medical: Forschung mit Geduld EU, Bund, Länder – innovative Unternehmen, die öffentliche Förderung nutzen wollen,

fi nden eine Reihe von Anlaufpunkten. Für den Kölner Medizintechnikhersteller pfm medical

bot ein Zuschuss der EU die richtige Förderung. Rund 34 000 Euro fl ossen in Forschung

und Entwicklung. Solche Förderung ist wichtig: „Unsere Forschung ist langfristig

ausgerichtet, wir können die Arbeit nicht immer schnell in Umsatz ummünzen“, sagt

Finanz vorstand Reinhard Blunck (Foto).

Arbeit nicht so schnell in Umsatz ummünzen kön-

nen.“ Der Staat trägt so einen Teil der Risiken, die

das Unternehmen nicht allein eingehen könnte.

Zehn bis 15 Prozent der Produkte seien jünger als

fünf Jahre. Rund 85 Millionen Euro Umsatz erzielte

das Unternehmen 2012.

Die zunehmende Bedeutung von Forschung

und Entwicklung spiegelt einen Strategiewechsel.

Von einem Handelsunternehmen für Medizinpro-

dukte wandelt sich pfm medical zunehmend zum

Produzenten. „Wir wollen unabhängiger sein“,

sagt Blunck. Eigene Patente sind hier die Basis

für den künftigen Markterfolg.

Familienunternehmen haben Bedarf

Das Unternehmen strebt in Segmente, die für

Konzerne und Branchengrößen ein zu geringes

Umsatzvolumen bieten. „Wir wollen nicht mit den

ganz Großen in Wettbewerb treten.“ Als Beispiel

nennt Blunck Schneidewerkzeuge für spezielle

Gewebeanalysen. „Unser Umsatz beträgt hier

17 bis 18 Millionen Euro – das entspricht einem

Marktanteil von 90 Prozent. Für Großkonzerne ist

das nicht interessant.“ Bei der Forschung sieht er

Familienunternehmen im Vorteil, weil das Manage-

ment in der Regel weniger kurzfristig orientiert sei.

Ein Nachteil seien dagegen die eingeschränkteren

fi nanziellen Mittel.

„Bei der Finanzierung gehört immer eine Bank

dazu, die weiß, wo die relevanten Fördertöpfe

sind“, sagt Blunck. „Das ist für uns als Mittelständ-

ler entscheidend, weil wir im Unternehmen nie-

manden haben, der sich allein darum kümmern

könnte.“ Lang habe es eine „gewisse Aversion“ in

Bezug auf öffentliche Förderung gegeben. „Es hat-

te sehr viel mit Steuerung und Bürokratie zu tun,

zum Teil ging es um tiefgreifende juristische Fra-

gen“, sagt Blunck. „Zudem war die Förderung oft

zu stark auf Großunternehmen ausgerichtet.“ Das

habe sich inzwischen glücklicherweise geändert.

„Zunehmend müssen wir feststellen, dass sich das

gemeinsam gut managen lässt.“

THOMAS MERSCH

023_results_01-2014 23 10.03.14 10:12

Page 46: Articles 19.1.2016

ZMD AG (ZMDI), a Dresden-based semiconductor company that specializes in enabling energy-ef-ficient solutions, today announces the ZSSC416x, the first in ZMDI’s series of next generation of sensor signal conditioners. As a global supplier of analog and mixed-signal solutions for automotive, industrial, medical, information technology and consumer applications, ZMDI is pleased to introduce a state-of-the-art sensor signal conditioning family capable of measuring single, dual or differential bridge inputs and internal or external temperature sensors. With a wide analog pre-amplification ran-ge, the ZSSC416x family is capable of highly accurate amplification and sensor-specific correction for most resistive bridge sensors as well as thermocouple readings. Measured values are provided via the digital SENT 3.0 output or I2C™ (trademark of NXP).

“The ZSSC416x is the first series of products from ZMDI’s Next Generation Sensor Signal Conditio-ner Family designed for ease of integration into our customers’ sensor platforms without sacrificing the performance and flexibility needed for the lowest possible system costs,” stated Steve Ramdin, Global Product Line Manager for Multi Market Sensor Platforms at ZMDI. In addition to the highest proven performance needed for future products, ZMDI’s Next Generation Sensor Signal Conditioner Family ICs offer customers ease of use with a wide range of predefined signal processing configura-tions and flexible input pin selection for quick integration in a wide variety of applications. Mr. Ram-din added, “Our goal is to make it easy for our customers to build flexible sensor platforms, quickly and at the lowest possible system costs.” Features• Full SENT Rev 3.0 compliance• Two full bridge sensor inputs; configurable for single, dual or differential measurements• Internal and external temperature sensing• Supply voltage range: 4.75V to 5.25V• Overvoltage protection to +/- 18V• ADC resolution: 12 to 18 bit• Output resolution: 12 bit via SENT and up to 16 bit for I2C™• Designed for ASIL B requirements in safety-relevant applications• Temperature range:-40°C to 150°C• Flexibility for end applications (e.g., additional NTC linearization, algorithms for HTS sensors,

calculation of mass flow)• Standardized pin layout for family ICs facilitates platform designs

With built-in overvoltage and reverse polarity protection, excellent electromagnetic compatibility and built-in diagnostics features, the ZSSC416x family is optimized for safety critical applications and harsh environments.

Availability and PricingThe ZSSC416x family will be available for mass production in December 2014; however, interested customers can receive samples and pricing today by contacting ZMDI or their distribution partners directly.

ZMDI RELEASES THE ZSSC416X SENSOR signal conDitioner faMilyPress Release for the product release ZSSC416xJuly 2014 on industryeurope.net

Page 47: Articles 19.1.2016

Sensor Signal Conditioners

Powerful and Flexible yet Easy to Use

By David Grice, Applications Engineer Zentrum Mikrokelektronik (ZMDI), Dresden, Germany

As demands increase for the number, type, and range of sensors in

almost every product category, the difficulty of implementing them

increases proportionately. This is especially true in the automotive

arena, driven by efficiency, safety, and emission requirements.

Existing sensor technologies are inadequate to meet many of these

new and more stringent requirements, spurring the development

of a new class of sensors based on micro-electro-

mechanical systems (MEMS). These new sensors

are smaller, lighter, more robust, less expensive,

and consume less power, but they also

produce electrical signals that

are smaller and more nonlinear

than their bulkier counterparts.

Next-Generation SO MANY SENSORS, SO LITTLE TIME

next-generation sensor signal conditioners Powerful and flexible yet easy to useby David GriceSeptember 2014 in Sensor Technology

Page 48: Articles 19.1.2016

Sensor Signal Conditioners

Powerful and Flexible yet Easy to Use

By David Grice, Applications Engineer Zentrum Mikrokelektronik (ZMDI), Dresden, Germany

As demands increase for the number, type, and range of sensors in

almost every product category, the difficulty of implementing them

increases proportionately. This is especially true in the automotive

arena, driven by efficiency, safety, and emission requirements.

Existing sensor technologies are inadequate to meet many of these

new and more stringent requirements, spurring the development

of a new class of sensors based on micro-electro-

mechanical systems (MEMS). These new sensors

are smaller, lighter, more robust, less expensive,

and consume less power, but they also

produce electrical signals that

are smaller and more nonlinear

than their bulkier counterparts.

Next-Generation SO MANY SENSORS, SO LITTLE TIME

Page 49: Articles 19.1.2016

As the quality of output from transducers declines to meet application demands, system

requirements such as measurement range, accuracy, speed, and power consumption continue to increase, squeezing the performance of sensor signal conditioning (SSC) circuits from both ends and making the task of designing them exponentially more difficult.

integrity level (ASIL) for automotive applications. These requirements include detection and notification of faults due to open or short circuits, out-of-range parameters, aging sensors, and excessive temperature. Additionally, the SSC must be able to monitor these faults while tolerant of shorts to ground or supply voltage, supply overvoltage conditions, or reverse battery connections.

“One of the key features of next-generation SSCs

is flexibility.”“A highly efficient and powerful

reduced-instruction-set computer coordinates numerous control and

computational tasks.”

NEXT GENERATION TO THE RESCUE

In the same way increasing demands have spurred a new class of sensors, Zentrum Mikroelektronik (ZMDI) is developing and introducing the next generation of SSC products and technologies to the sensor marketplace. This article describes some of the most important and beneficial new features of these new SSCs.

FLEXIBILITY IS A BEAUTIFUL THING

One of the key features of next-generation SSCs is flexibility. The types and combinations of physical quantities measured for products are growing rapidly and new SSCs must facilitate fast development of complex sensor modules with low component counts and a user interface that is easy to learn and use. This requires a signal interface that is configurable for a wide range of signals, and correction algorithms that are much more complex than second or third order polynomial curve fitting offered by previous generations of SSCs. For example, a single application might require the conditioning of two temperature inputs, one being a diode and the other a thermocouple, and two resistive pressure bridges with widely varying output levels, each of which require linearization and calibration.

Flexibility is not limited only to signal types and ranges, however. Another dimension of configurability is required for the sequence of signal processing tasks. Typically, some signals must be acquired at a much higher rate than others and the

quantization and correction algorithms must be reconfigured quickly from one measurement to another in a programmable fashion. In addition to this, sometimes it is necessary to perform math operations between signals, like subtracting two pressure inputs to generate a differential pressure output. The SSC must generate a user-programmable sequence that samples the inputs in a defined order and rate, correct each signal according to a user-defined calibration algorithm, and combine the conditioned outputs into an orderly stream of data.

Finally, flexibility must include the number and type of output signals and protocols. Reliability, safety, weight, and noise constraints are also driving the creation of innovative new output protocols like single-edge nibble transmission (SENT) for the automotive industry. Next-generation SSCs must support new interfaces like SENT along with the traditional analog, one-wire, and serial interfaces such as *I2C™ and SPI. In fact, the SENT interface is output only, and requires an auxiliary interface like I2C to configure and calibrate the SSC.

Another important feature for next-generation SSCs is the ability to perform self-testing and diagnostics to meet critical safety standards like the automotive safety

*I2C™ is a trademark of NXP.

Page 50: Articles 19.1.2016

As the quality of output from transducers declines to meet application demands, system

requirements such as measurement range, accuracy, speed, and power consumption continue to increase, squeezing the performance of sensor signal conditioning (SSC) circuits from both ends and making the task of designing them exponentially more difficult.

integrity level (ASIL) for automotive applications. These requirements include detection and notification of faults due to open or short circuits, out-of-range parameters, aging sensors, and excessive temperature. Additionally, the SSC must be able to monitor these faults while tolerant of shorts to ground or supply voltage, supply overvoltage conditions, or reverse battery connections.

“One of the key features of next-generation SSCs

is flexibility.”“A highly efficient and powerful

reduced-instruction-set computer coordinates numerous control and

computational tasks.”

NEXT GENERATION TO THE RESCUE

In the same way increasing demands have spurred a new class of sensors, Zentrum Mikroelektronik (ZMDI) is developing and introducing the next generation of SSC products and technologies to the sensor marketplace. This article describes some of the most important and beneficial new features of these new SSCs.

FLEXIBILITY IS A BEAUTIFUL THING

One of the key features of next-generation SSCs is flexibility. The types and combinations of physical quantities measured for products are growing rapidly and new SSCs must facilitate fast development of complex sensor modules with low component counts and a user interface that is easy to learn and use. This requires a signal interface that is configurable for a wide range of signals, and correction algorithms that are much more complex than second or third order polynomial curve fitting offered by previous generations of SSCs. For example, a single application might require the conditioning of two temperature inputs, one being a diode and the other a thermocouple, and two resistive pressure bridges with widely varying output levels, each of which require linearization and calibration.

Flexibility is not limited only to signal types and ranges, however. Another dimension of configurability is required for the sequence of signal processing tasks. Typically, some signals must be acquired at a much higher rate than others and the

quantization and correction algorithms must be reconfigured quickly from one measurement to another in a programmable fashion. In addition to this, sometimes it is necessary to perform math operations between signals, like subtracting two pressure inputs to generate a differential pressure output. The SSC must generate a user-programmable sequence that samples the inputs in a defined order and rate, correct each signal according to a user-defined calibration algorithm, and combine the conditioned outputs into an orderly stream of data.

Finally, flexibility must include the number and type of output signals and protocols. Reliability, safety, weight, and noise constraints are also driving the creation of innovative new output protocols like single-edge nibble transmission (SENT) for the automotive industry. Next-generation SSCs must support new interfaces like SENT along with the traditional analog, one-wire, and serial interfaces such as *I2C™ and SPI. In fact, the SENT interface is output only, and requires an auxiliary interface like I2C to configure and calibrate the SSC.

Another important feature for next-generation SSCs is the ability to perform self-testing and diagnostics to meet critical safety standards like the automotive safety

*I2C™ is a trademark of NXP.

Page 51: Articles 19.1.2016

PUTTING IT ALL TOGETHER

Figure 1 shows the block diagram of a next-generation SSC. In this particular case, the SSC supports two temperature inputs—one resistive, one diode—and two resistive bridge inputs. The conditioning signal chain includes sensor check and common mode (SCCM) adjustment, multiplexing (MUX), programmable gain (PGA) from 1 to 200 V/V, and an analog to digital converter (ADC) with adjustable sample rate and resolution from 12 to 18 bits.

The SSC in figure 1 looks similar to other SSCs that are presently available, but most of its potential and flexibility lies in the calibration microcontroller (CMC). A highly efficient and powerful reduced instruction set computer (RISC) coordinates the numerous control and computational tasks necessary to provide the tremendous amount of flexibility required for next-generation SSCs. The controller also combines the multiple output data packets into a structured stream in a wide variety of formats that can be either analog or digital.

The cycle of tasks performed by the RISC engine consists of three main types: measurement tasks, conditioning tasks, and output tasks. Measurement tasks include operations that select the MUX input and signal polarities, the gain and offset of the signal path, the speed and resolution of the quantizer, and auxiliary tasks such as auto-zeroing gain stages. The output values of all the main measurement tasks are stored in registers for processing by the conditioning tasks. These tasks range from simple operations like shifting and synchronization to basic math functions such as add, subtract, multiply, and divide to complex functions such as logarithms, polynomial evaluation, spline curve fitting, and digital filtering. Output tasks include synchronization of data streams, formatting, packetizing, encoding error detection, and safety features like redundancy or inversion.

The SSC shown in figure 1 provides for up to 20 measurement tasks and 62 conditioning tasks, enabling thousands

of different combinations of signal processing sequences for each of the four inputs. The number of output tasks varies greatly depending on the type of output, but for a complex protocol like SENT, the number can be in the dozens.

MAKING IT EASY

However, it is also vitally important that the flexibility, power, and complexity of next-generation SSCs do not require a commensurate level of time and resources for system designers implementing them. The example shown in figure 1 is a member of a product family that is preconfigured by the manufacturer for a specific application using firmware. All of the measurement, conditioning, and output tasks are programmed so that the designer need only focus on determining gain, resolution, and calibration coefficients for the correction algorithm, all of which are facilitated by software that is easy to use and

Figure 1. An example block diagram of a next-generation SSC from ZMDI.

“One thing that should not be flexible in next-generation

SSCs is the user interface.”

consistent across the product line. Special use cases can be implemented easily in firmware by the manufacturer should the need arise, but the standard factory configuration will cover the majority of designs. Additional family members of the product line are optimized for different numbers and types of inputs and outputs and also preconfigured for the intended application use.

Finally, one thing that should not be flexible in next-generation SSCs is the user interface, including the physical dimensions, pin or pad locations, and software user interface. The product family exemplified in figure 1 has a standardized footprint, pinout, and software user interface to minimize the costs, time, and resources associated with board layout, calibration, and climbing the learning curve.

Page 52: Articles 19.1.2016

PUTTING IT ALL TOGETHER

Figure 1 shows the block diagram of a next-generation SSC. In this particular case, the SSC supports two temperature inputs—one resistive, one diode—and two resistive bridge inputs. The conditioning signal chain includes sensor check and common mode (SCCM) adjustment, multiplexing (MUX), programmable gain (PGA) from 1 to 200 V/V, and an analog to digital converter (ADC) with adjustable sample rate and resolution from 12 to 18 bits.

The SSC in figure 1 looks similar to other SSCs that are presently available, but most of its potential and flexibility lies in the calibration microcontroller (CMC). A highly efficient and powerful reduced instruction set computer (RISC) coordinates the numerous control and computational tasks necessary to provide the tremendous amount of flexibility required for next-generation SSCs. The controller also combines the multiple output data packets into a structured stream in a wide variety of formats that can be either analog or digital.

The cycle of tasks performed by the RISC engine consists of three main types: measurement tasks, conditioning tasks, and output tasks. Measurement tasks include operations that select the MUX input and signal polarities, the gain and offset of the signal path, the speed and resolution of the quantizer, and auxiliary tasks such as auto-zeroing gain stages. The output values of all the main measurement tasks are stored in registers for processing by the conditioning tasks. These tasks range from simple operations like shifting and synchronization to basic math functions such as add, subtract, multiply, and divide to complex functions such as logarithms, polynomial evaluation, spline curve fitting, and digital filtering. Output tasks include synchronization of data streams, formatting, packetizing, encoding error detection, and safety features like redundancy or inversion.

The SSC shown in figure 1 provides for up to 20 measurement tasks and 62 conditioning tasks, enabling thousands

of different combinations of signal processing sequences for each of the four inputs. The number of output tasks varies greatly depending on the type of output, but for a complex protocol like SENT, the number can be in the dozens.

MAKING IT EASY

However, it is also vitally important that the flexibility, power, and complexity of next-generation SSCs do not require a commensurate level of time and resources for system designers implementing them. The example shown in figure 1 is a member of a product family that is preconfigured by the manufacturer for a specific application using firmware. All of the measurement, conditioning, and output tasks are programmed so that the designer need only focus on determining gain, resolution, and calibration coefficients for the correction algorithm, all of which are facilitated by software that is easy to use and

Figure 1. An example block diagram of a next-generation SSC from ZMDI.

“One thing that should not be flexible in next-generation

SSCs is the user interface.”

consistent across the product line. Special use cases can be implemented easily in firmware by the manufacturer should the need arise, but the standard factory configuration will cover the majority of designs. Additional family members of the product line are optimized for different numbers and types of inputs and outputs and also preconfigured for the intended application use.

Finally, one thing that should not be flexible in next-generation SSCs is the user interface, including the physical dimensions, pin or pad locations, and software user interface. The product family exemplified in figure 1 has a standardized footprint, pinout, and software user interface to minimize the costs, time, and resources associated with board layout, calibration, and climbing the learning curve.

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a tutorial for the Digital sent interfaceby Tim WhiteSeptember 2014 in Electronic Products (online)

© 2014 Zentrum Mikroelektronik Dresden AG 1

A Tutorial for the Digital SENT InterfaceBy Tim White, ZMDI System Architect

SENT (Single Edge Nibble Transmission) is a unique serial interface originally targeted for automotive applications. First adopters are using this interface with sensors used for applications such as throttle position, pressure, mass airflow, and high temperature. The SENT protocol is defined to be output only. For typical safety-critical applications, the sensor data must be output at a constant rate with no bidirectional communications that could cause an interruption. For sensor calibration, a secondary interface is required to communicate with the device.

In normal operation, the part is powered up and the transceiver starts transmitting the SENT data. This is very similar to the use model for an analog output with one important difference: SENT is not limited to one data parameter per transmission and can easily report multiplepieces of additional information, such as temperature, production codes, diagnostics, or other secondary data.

Figure 1 Example of SENT Interface for High Temperature Sensing

SENT Protocol Basic Concepts and Fast Channel Data TransmissionThe primary data are normally transmitted in what is typically called the “fast channel” with the option to simultaneously send secondary data in the “slow channel.” An example of fast channel transmission is shown in Figure 2. This example shows two 12-bit data words transmitted in each message frame. Many other options are also possible, such as 16 bits for signal 1 and 8 bits for signal 2.

Synchronization/Calibration Pulse

56 ticks 12 ticks 27 ticks 17 ticks 22 ticks

Data 1MSN4 Bits

Value = 15

Data 2MidN4 Bits

Value = 5

Data 3LSN4 Bits

Value = 10

Status/Comm

Signal 112 Bits

Signal 212 Bits

CRC/Checksum

OptionalPause Pulse

14 ticks 20 ticks 12 ticks

Data 1MSN4 Bits

Value = 2

Data 2MidN4 Bits

Value = 8

Data 3LSN4 Bits

Value = 0

CRC/Checksum

4 BitsValue = 9

21 ticks

Status/Comm

4 BitsValue = 0

Figure 2 Typical Fast Channel Message

The basic unit of time for SENT is a tick, and the minimum data unit is a nibble, which communicates 4 bits of data encoded in the combined pulse timing of an initial fixed-width low period followed by a variable-width high period. A synchronization/calibration pulse always starts a message frame and provides a method formeasuring the tick time of the SENT output. The message frame usually ends with a CRC/checksum nibble and optional pause pulse.

Tick: unit of time for SENT transmissions. 3µS < clock tick < 90µS

Nibble: unit of 4 bits used to transmit data. Within a nibble, the initial logic 0 time is a fixed width of 5 ticks or more, which is followed by logic 1 with a variable duration.

The total nibble time encodes 4 bits of data in the measured number of tick units:

Page 54: Articles 19.1.2016

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Data value = 0 (decimal) = minimum nibble width of 12 ticks = 0000 (binary)Data value = 1 (decimal) = nibble width of 13 ticks = 0001 (binary)…Data value = 14 (decimal) = nibble width of 26 ticks = 1110 (binary)Data value = 15 (decimal) = maximum nibble width of 27 ticks = 1111 (binary)

Synchronization/Calibration Pulse: initial sequence used by the receiver, for example an electronic control unit (ECU), to measure the tick timing of the sensor transmission. Divide its duration by 56 to determine the tick time.

Status/Communication Nibble: first nibble after synchronization/calibration pulse. This nibble communicates status and/or slow channel data bits depending on the SENT format.

CRC/Checksum: used for error checking.

Optional Pause Pulse: variable pause pulse, which can be used to maintain a uniform tick count.

There are two additional fast channel formats: 12-bit Single Secure Message and Fast Channel High Speed.As shown in Figure 3a, a message in the 12-bit Single Secure Message Format transmits one 12-bit data message, an 8-bit incremental counter, and the inverse of the most significant data nibble.

Synchronization/Calibration Status

MSNData 1

MidNData 2

LSNData 3

MSNCounter

LSNCounter

InvCopyMSNData CRC

Pause(Optional)

Figure 3a Fast Channel Data in 12-Bit Single Secure Message Format

As shown in Figure 3b, the Fast Channel High Speed Format transmits 12 bits of data in four nibbles. The Fast Channel High Speed Format is unique in that for the four bits encoded in the nibble width, the most significant bit is always logic 0, so only the three least significant bits are the transmitted data.

Synchronization/Calibration Status Data1 Data2 Data3 Data 4 CRC

Pause(Optional)

3 bits 3 bits 3 bits3 bits 4 bits4 bitsFigure 3b Fast Channel Data in 12-Bit Fast Channel High Speed Format

Slow Channel Data Transmission BasicsThe SENT protocol format that is probably most challenging to understand is slow channel messaging. The basic concept is that slow channel data are sent only two bits at a time, so for each fast channel message frame, the transmitter can also include two bits of slow channel data. These two bits are contained in bit 3 and bit 2 of the status nibble. This is referred to as a “slow” message because it takes many fast channel message frames to complete the transmission of a single value via the slow channel data conveyed in the status nibble of the fast channel data frames. For example, it takes 16 fast channel data frames to transmitonly 8 bits of slow channel data. The real power of this feature is that it allows up to 32 slow channel messages per serial message cycle to be transmitted with minimal impact on the primary sensor data.

Page 55: Articles 19.1.2016

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It is in these slow channel messages that it is possible to continually monitor information such as temperature, diagnostics and production codes, which typically either do not change or change at a slower rate than the sensor data. Each slow channel message is assigned a message ID that is transmitted with the data. The list of message IDs is usually unique to a product and is often defined in the product data sheet or application note.

There are three formats used for sending slow message data: Short Serial Message Format for 8-bit messages and Enhanced Serial Message Format, which can be configured for either 12-bit or 16-bit messages. All three formats support a slow channel CRC checksum sent after the message ID and data.

Slow Channel Data Transmission using the Short Serial Message FormatThe Short Serial Message Format for transmitting 8 bits of slow channel data is illustrated in Figure 4. For this format, bit 3 in the status nibble of the fast channel frame starts at logic 1 and then stays at logic 0 for the next 15 frames. This fixed code of logic 1 followed by 15 logic 0’s helps determine where each slow channel message starts and ends. The message ID, 8-bit slow channel data word, and 4-bit CRC are contained in status bit 2 transmitted one bit at a time via multiple fast channel frames. It requires 16 fast channel message frames to send one Short Serial Message.

(LSB)(MSB)

Serial CommunicationNibble Received Order 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Serial Data (Status Bit 2) Message ID 8-Bit Data via Comm Nibble CRCSerial Data (Status Bit 3) 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

4-Bit Message ID

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

8-Bit Data

(LSB)(MSB)

4-Bit CRC

CRC3 CRC2 CRC1 CRC0(MSB) (LSB)

ID3 ID2 ID1 ID0

Status/ Communication Nibble 4 Bits Encoded in Tick Count

B3 B2 S1 S0 Message FrameNumbers

SENT Message Frame 1 with 2 Slow Channel Data Bits in Status/Comm Nibble SENT Message Frame 2 with 2 Slow Channel Data Bits in Status/Comm Nibble

Synch Status/Comm Signal 1 (12 Bits) Signal 2 (12 Bits) CRC/

ChecksumOptional

Pause Pulse Signal 1 (12 Bits) Signal 2 (12 Bits) CRC/Checksum

OptionalPause Pulse

Status/CommSynch

Figure 4 Slow Channel Message Using Short Serial Channel – 8 Bit Format

Slow Channel Data Transmission using the Enhanced Serial Message FormatThe Enhanced Serial Message Format transmits slow channel data in either 12 or 16 bit format. Aconfiguration bit is used to indicate 12 or 16 bit format. The 12-bit format allocates more bits for the message ID. Figure 5 shows the Enhanced Serial Message Format.

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Sending a slow message using Enhanced Serial Messaging Format (either one 12-bit data word or one 16-bit data word) requires 18 fast channel message frames. Similar to the Slow Channel Message, the Enhanced Serial Messaging data are sent 2 bits at a time and comprise bit 3 and bit 2 of the status nibble.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

(LSB)

Serial CommunicationNibble Received Order

Serial Data (Status Bit 2) 6-Bit CRC 12- Bit Data via Comm NibbleSerial Data (Status Bit 3) 1 1 1 1 1 1 0 C Depends on Format 0 Depends on Format 0

D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0

12-Bit Data

(MSB) (LSB)

Status/ Communication Nibble 4 Bits Encoded in Tick Count

B3 B2 S1 S0Message

FrameNumbers

6-Bit CRC

CRC5 CRC4 CRC3 CRC2 CRC1 CRC0

(MSB)

SENT Message Frame 1 with 2 Slow Channel Data Bits in Status/Comm Nibble SENT Message Frame 2 with 2 Slow Channel Data Bits in Status/Comm Nibble

Synch Status/Comm Signal 1 (12 Bits) Signal 2 (12 Bits) CRC/

ChecksumOptional

Pause Pulse Signal 1 (12 Bits) Signal 2 (12 Bits) CRC/Checksum

OptionalPause Pulse

Status/CommSynch

Figure 5 Enhanced Serial Message Format – 12 or 16 Bit

Implementation of the SENT ProtocolThe challenge with SENT is determining which format is best suited to the application. However, once the format and data set have been selected, it is usually fixed in the design or configured with nonvolatile memory so that the data are continually transmitted on power up. Another key feature of SENT is over-damped rise and fall transitions. This reduces emissions but does set some limitations on the speed.

This article gives a brief overview of the SENT protocol. For a more complete tutorial contact ZMDI at www.zmdi.com.

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sensor signal conditionersSeptember 2014 in Tech Briefs

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ZSSC416x product interview Nikkan Kogyo Shimbun (Daily Industry Newspaper)September 26th, 2014

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Hochpräzise ICs zur Signalkonditionierung Elektronik Industrie

October 2014

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ZMDI and Sofics collaborate on multiple automotive electronics productsdsp valley newsletter 5October/November 2014

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by WDD Staff

ZMD AG (ZMDI) announces the release of the ZSPM2000, a configurable true digital PWM controller with integrated MOSFET driver for smart digital point-of-load (POL) solutions. ZMDI’s ZSPM2000 operates as a synchronous step-down converter in a single-rail, single-phase configuration. ZMDI’s Tru-Sample Technology™ and State-Law Control™ algorithms ensure best-in-class transient performance and excellent steady-state behavior. With its integrated power-stage driver, the ZSPM2000 is ideal for use in area-constrained, high-performance applications, such as servers, storage units, base stations, FPGA boards and telecommunication equipment. Digital communication and control are available via the PMBus™ interface, and ZMDI’s Pink Power Designer™ easy-to-use software enables users to quickly optimize their designs. “The ZSPM2000 True Digital PWM Controller with Integrated MOSFET Driver is one of the smallest solutions available in the market. Designers select application-targeted power MOSFETs and combine them with our ZSPM2000 to produce a superior high-performance point-of-load solution with an extremely small footprint,” said Ed Lam, Vice President of the Power Management business line at ZMDI. “Our digital control techniques, including Tru-Sample Technology™, State-Law Control™ and Sub-cycle Response™, provide designers with a high-performance solution in an ultra-small 4mm x 4mm package. The Pink Power Designer™ design optimizer software helps power engineers explore design trade-offs such as cost and size. Our goal is to make it easy for our customers to build optimal POL solutions quickly and at the lowest possible system cost.” ZSPM2000 Features•True-digital PWM controller with integrated high-performance MOSFET driver•Advanced digital-control algorithms for maximum flexibility, excellent transient performance, reduced settling time, minimum jitter and low-noise steady state•Adaptive anti-cross-conduction and power saving features for low switching losses and maximum efficiency•Extensive fault monitoring and error handling•Digital communication for telemetry, control and configuration•Optional PMBus™ interface•Ultra-small 4mm x 4mm QFN package

For more information, visit www.zmdi.com.

true-Digital PWM controller with integrated Power stage DriverWireless Design & Development newsletterNovember 20th, 2014www.wirelessdesignmag.com

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Produktbericht

Beim ZSPM2000 handelt es sich um einen konfigurierbaren, digital aufgebauten PWM-Controller mit integriertem MOSFET-Treiber für intelligente, einphasige Point-of-Load-Lösungen (POL).

Der ZSPM2000 ist eine digitaler PWM-Controller mit integriertem MOSFET-Treiber für konfigurierbare digitale einphasige Point-of-Load-Lösungen. (Quelle: ZMDI) vergrößern

Der ZSPM2000 ist eine digitaler PWM-Controller mit integriertem MOSFET-Treiber für konfigurierbare digitale einphasige Point-of-Load-Lösungen. (Bild: ZMDI)

Der digitale Spannungsregler ZSPM2000 von ZMDI arbeitet als einphasiger synchroner Abwärtswandler. Um ein erstklassiges Lastsprungverhalten sowie ein stabiles stationäres Verhalten zu erreichen, setzt ZMDI die hauseigenen Tru-Sample-Technology- und State-Law-Control-Algorithmen ein. Mit seiner integrierten MOSFET-Treiberstufe ist der ZSPM2000 für platzlimitierte Anwendungen ausgelegt. Über die digitale PMBus-Schnittstelle ist Kommunikation für die Steuerung und Überwachung möglich. Die Anwender können ihre Designs mithilfe der Software „Pink Power Designer“ optimieren.

Die digitalen Regelungsalgorithmen des Bausteins sorgen für maximale Flexibilität, hervorragendes Lastwechselverhalten, verringerter Einschwingzeit und minimalem Jitter. Der ZSPM2000 vermeidet Querströmen (Cross-Conduction), besitzt Stromsparfunktionen für niedrige Schaltverluste und maximale Effizienz, eine umfangreiche Fehlerüberwachung und Fehlerbehandlung. Der PWM-Controller ist im 4 × 4 mm2 kleinen QFN-Gehäuse verfügbar. In 1000er-Mengen liegt der Stückpreis bei 1,96 Euro. Unter dem Namen ZSPM2000-KIT01 ist auch ein Evaluationskit erhältlich.

(lei)

ZMDi erweitert sein smart-Power-Management-familie um den ZsPM2000 December 1st, 2014www.all-electronics.de

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Handelsblatt print: Nr. 233 vom 03.12.2014 Seite 010 / Wirtschaft & Politik

ENERGIEVERBRAUCH

Verschenkte PotenzialeVor allem in den Rechenzentren wird viel Energie verschleudert. Die Datenmengen steigen stetig an.Für die Entwickler und Hersteller von Computern, Chips und Anwendungen gab es jahrelang nur ein Ziel: Schnelligkeit. Wieviel Energie Geräte und Software dabei verbrauchten, war lange Zeit Nebensache. Doch angesichts steigender Energiepreisehat ein Umdenken eingesetzt.

"Strom- und Energiefresser sind nicht mehr zeitgemäß", sagt Thilo von Selchow, Chef des Dresdner Chipherstellers Zentrumfür Mikroelektronik. Das Unternehmen ist auf den Bau von Mikrochips spezialisiert, die etwa die Technik von Autos,Smartphones oder Beleuchtungsanlagen energieeffizient machen. Auf seiner Website rechnet das Unternehmen vor, wie vieleTonnen klimaschädliches CO2 mit seinen Entwicklungen eingespart wird: 50 Millionen in den vergangenen zehn Jahren."Unternehmen wie wir können ganze Kraftwerke überflüssig machen", sagt von Selchow dem Handelsblatt.

In der Wirtschaft gibt es indes ganze Bereiche Potenziale. Ein Beispiel sind die Rechenzentren. "Hier werdenverschenkterMillionen Tonnen CO2 verschleudert", sagt Alexander Hauser, Chef der e³computing GmbH in Frankfurt am Main und Expertefür den Betrieb energieeffizienter Rechenzentren. Das Unternehmen, eine universitäre Ausgründung, setzt auf Kühlung vonRechenzentren mit Wasser - eine energieeffiziente Alternative zur klassischen Kühlung per Klimaanlage.

"Die Datenmengen werden in den nächsten Jahren steigen, das erhöht natürlich den Energieverbrauch", hatte die Präsidentindes Umweltbundesamtes, Maria Krautzberger, schon im August festgestellt und hinzugefügt, in den Rechenzentren gebe es"enorme Einsparpotenziale". Umso erstaunlicher ist es, dass dieser Aspekt im Aktionsplan Klimaschutz 2020 keine besondereRolle spielt. "Die Niederlande etwa schreiben eine gewisse Energieeffizienz vor, die Rechenzentren erfüllen müssen", sagtUnternehmenschef Hauser.

Wenn man die größten 500 Rechenzentren modernisieren würde, so rechnet Hauser vor, "dann würde das eine Einsparungvon fast einer Million Tonne CO2 pro Jahr bringen". Über die Lebensdauer eines Rechenzentrums von 15 bis 20 Jahren seiendas gewaltige Summen. In Deutschland gibt es etwa 3 000 Rechenzentren, die Zahl größerer Serverräume wird auf gut 50000 veranschlagt. Laut Umweltexperten ist das Thema trotz des Sparpotenzials in vielen Unternehmen noch nichtangekommen. Betroffen sind aber auch die Rechenzentren der Bundesverwaltung.

Eine Diskussion über Green Economy "ist dringend notwendig", mahnt auch Michael Otto, Aufsichtsratschef der Otto Group."Was wir brauchen, ist eine Wirtschaft ohne Verschwendung."

Kersting, Silke

Quelle: Handelsblatt print: Nr. 233 vom 03.12.2014 Seite 010

Ressort: Wirtschaft & Politik

Dokumentnummer: 76EA1773-4D0E-4CBA-A08B-4B011175EA3E

Dauerhafte Adresse des Dokuments: https://archiv.handelsblatt.com:443/document/HB__76EA1773-4D0E-4CBA-A08B-4B011175EA3E%7CHBPM__76EA1773-4D0E-4CBA-A08B-4B011175EA3E

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© GBI-Genios Deutsche Wirtschaftsdatenbank GmbH

Verschenkte PotenzialeDecember 3rd, 2014Handelsblatt

Verschenkte

verschenkter

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DRESDEN, Germany – ZMD AG (ZMDI), a Dresden-based semiconductor company that spe-cializes in enabling energy-efficient solutions, announced that it has become a member of the MEMS Industry Group® (MIG), the trade association advancing MEMS across global markets.

The foundation of ZMDI’s success in the MEMS industry is its strategic alliances, including inventive partners in the barometric pressure, humidity, optical, thermopile and gas markets.Innovative standard products as well as ASICs allow rapid time to market for ZMDI’s customers.

“Leading-edge MEMS sensing solutions require advanced environmental sensing, which can be provided by advanced, low-power integrated circuits from ZMDI, developed with more than 50 years’ experience supplying the automotive, mobile, medical and industrial markets,” stated Uwe Guenther, Product Manager for Mobile Products at ZMDI. “MIG brings together leaders in the MEMS mobile sensing market to address market demands and resolve barriers to adoption.”

With new solutions rapidly emerging in mobile devices and the integration of sensors driving new development, ZMDI is well placed to offer the products and technical expertise that will help advance the mobile sensing market.

about MeMs inDustry grouP

MEMS Industry Group® (MIG) is the trade association advancing MEMS across global markets. More than 160 companies and industry partners comprise MIG, including Analog Devices, Ap-plied Materials, ARM, Bosch, Broadcom, Freescale Semiconductor, GE, GLOBALFOUNDRIES, HP, Infineon, Intel, InvenSense, Murata Electronics Oy, OMRON Electronic Components, Qual-comm, STMicroelectronics, SunEdison, Texas Instruments and TSMC.

For more information, visit: www.memsindustrygroup.org.

about ZMDi

Zentrum Mikroelektronik Dresden AG (ZMDI) is a global supplier of analog and mixedsignal se-miconductors solutions for automotive, industrial, medical, mobile sensing, information tech-nology and consumer applications. These solutions enable our customers to create the most energy-efficient products in sensing, power management and lighting. For over 50 years, ZMDI has been globally headquartered in Dresden, Germany. With over 320 employees worldwide, ZMDI serves its customers with sales offices and design centers throughout Germany, Italy, Bulgaria, France, United Kingdom, Ireland, Japan,Korea, Taiwan, China and the United States.

See more at www.zmdi.com.

global semiconductor company ZMDi announces Continued Support of MEMS Sensing Market Through Membership in MeMs industry group® (Mig)December 10th, 2014www.us-tech.com

Page 66: Articles 19.1.2016

DRESDEN, Germany – ZMD AG (ZMDI), a Dresden-based semiconductor company that spe-cializes in enabling energy-efficient solutions, has announced the release of the ZSPM1501, a single-phase true-digital power solution for non-isolated, high-current point-of-load (POL) supplies. The ZSPM1501 PWM controller has been optimi-zed and pre-configured for an external power stage output voltage at the industry standard voltage of 0.85V, which can supply the core voltage typically needed for higher perfor-mance supplies based on field programmable gate arrays (FPGAs) and system-on-chip products (SOCs) in enterprise computer networking and cloud data storage equipment. Such systems may require a voltage error less than 3% with a maximum voltage ripple of 5mVpp for the core voltages of the FPGA or SOC. The ZSPM1501 digital PWM controller can regulate the source for the 0.85V to ensure excellent transient response, maximize noise immunity, control pow-er up/down and detect faults.

As a global supplier of analog and mixed-signal solutions for automotive, industrial, medical, information technology and consumer applications, ZMDI is introducing the ZSPM1501 to expand its energy-efficient Power Management ICs product line with a pre-designed controller targeted for FPGA and SOC solutions.

The ZSPM1501’s digital control loop and compensation are pre-configured to provide custo-mers with a fast time-to-market and easy-to-design solution for high-performance, digitally controlled power supplies with one of ZMDI’s integrated MOSFET power stage DrMOS pro-ducts: ZSPM9000, ZSPM9010, ZSPM9015 or ZSPM9060. The ZSPM1501 controller’s flexible design allows users to easily select the over-current protection limit, output voltage rise time and control loop compensation via two external resistors to achieve the highest performance in their application.

The ZSPM1501 is capable of supporting loads up to 40A at the popular bus voltage 0.85V. ZMDI also provides bills-of-materials (BOMs) and circuit board layouts to improve the custo-mer’s design cycle, reduce external component cost and minimize application footprint size.

“Many of the next generation FPGA solutions require an ultra-compact and high performance solution. Customers have expressed their desire for a user-friendly and simple-to-use digital power solution,” said Hensen Wong, Product Marketing Manager of the ZMDI Power Manage-ment Division. “ZMDI is able to offer customers a fast time-to-market for high-performance digital point-of-load solutions.”

FEATURES

* Factory pre-configured with industry standard voltage of 0.85V * Faster time-to-market with tested and ready POL solutions for up to 40A loads

ZMDI intros the ZSPM1501 user-friendly digital PWM power controller December 12th, 2014www.us-tech.com

Page 67: Articles 19.1.2016

* Enhanced performance with ZMDI’s integrated MOSFET power stage DrMOS products: ZSPM9000, ZSPM9010, ZSPM9015 or ZSPM9060 * Ultra-fast transient and load-step response * High power density in a 4 x 4 mm QFN24 package footprint * Selectable over-current limit protection, output voltage slew rate and control loop compensation * Full feature set for fault protection * Operation temperature: -40°C to +125°C * Operation from a single supply voltage: 5V * Pre-configured ZSPM15xx Family of True-Digital PWM Controllers available with additional output voltage options: 1.00V, 1.20V, 1.50V, 1.80V and 2.00V

APPLICATIONS:

* Enterprise computer networking * Cloud data storage equipment

AVAILABILITy AND PRICING

The ZSPM1501 is in full production. Parts and evaluation kits are available from ZMDI. For 1,000 pieces, the products are priced at EUR 0.87 or USD $1.22 per unit.

About ZMDI

Zentrum Mikroelektronik Dresden AG (ZMDI) is a global supplier of analog and mixed-signal semiconductors solutions for automotive, industrial, medical, mobile sensing, information technology and consumer applications. These solutions enable our customers to create the most energy-efficient products in sensing, power management and lighting.

For over 50 years, ZMDI has been globally headquartered in Dresden, Germany. With over 320 employees worldwide, ZMDI serves its customers with sales offices and design centers throug-hout Germany, Austria, France, Italy, Bulgaria, Ireland, Japan, Korea, China, Taiwan and the United States.

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Page 68: Articles 19.1.2016

DRESDEN, Germany – ZMD AG (ZMDI), a semiconductor company specializing in enabling energy-efficient solutions, has released the ZSPM1502 single-phase, true-digital power solution for non-isolated, high-current point-of-load (POL) supplies in field programmable gate array (FPGA) applications. The ZSPM1502 pulse-width modulation (PWM) controller has been optimized to provide the ultra-fast transient load response typically needed for many higher performance FPGAs in telecommunication equipment operating with a 1.0V supply.

ZMDI’s leading-edge State-Law Control™ (SLC) technology enables the ZSPM15xx Family of Digital PWM Controllers to respond quickly to large step changes in current for higher performance FPGAs. The SLC feature monitors the output voltage with two parallel compensation feedback loops: one circuit for steady-state operations and a different circuit for transient operations. The ZSPM1502 switches quickly and reliably between the different compensation modes to provide excellent transient performance.

The ZSPM1502 is pre-configured to provide customers with a fast time-to-market and easy-to-design digitally controlled power solution in combination with one of ZMDI’s integrated MOSFET power stage DrMOS products: the ZSPM9000, ZSPM9010, ZSPM9015 or ZSPM9060. The ZSPM1502 permits users to easily select the over-current protection limit, output voltage rise time and control loop compensation via two external resistors to achieve the highest performance in their application.

As a global supplier of analog and mixed-signal solutions for automotive, industrial, medical, information technology and consumer applications, ZMDI is introducing the ZSPM1502 to expand its energy-efficient Power Management ICs product line for pre-designed, smart point-of-load (POL) supplies in FPGA solutions.

The ZSPM1502 is capable of supporting loads up to 40A at the popular bus voltage of 1V (output voltage of the power stage). ZMDI also provides bills-of-materials (BOMs) and circuit board layouts to improve customer design cycles, reduce external component cost and minimize application footprint size.

“This product is optimized for the next generation FPGA solutions, which require an ultra-compact footprint and fast transient load response to meet performance specifications. This enables our customers to get the best performance out of the FPGA with much smaller capacitors at the output, resulting in a lower total solution cost,” said Hensen Wong, Product Marketing Manager of the ZMDI Power Management Division. “Because the ZSPM1502 is designed for our ZSPM90xx DrMOS power stage products, the chipset can provide customers with a fast time-to-market, best-in-class transient response and lower BOM cost.”

ZMDI intros the ultra-fast and user-friendly ZSPM1502 digital power controller for powering the next generation of high-performance fPga power solutions January 5th, 2015www.us-tech.com

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FEATURES

• Best-in-class ultra-fast transient and load-step response• Faster time-to-market with tested and ready POL solutions for up to 40A loads• Factory pre-configured with industry standard voltage of 1V• Enhanced performance with ZMDI’s integrated MOSFET power stage DrMOS products:

ZSPM9000, ZSPM9010, ZSPM9015 or ZSPM9060• High power density in a 4 x 4 mm QFN24 package footprint• Selectable over-current limit protection, output voltage slew rate and control loop

compensation• Operation temperature: -40°C to +125°C• Operation from a single supply voltage: 5V• Pre-configured ZSPM15xx Family of True-Digital PWM Controllers available with additional

output voltage options: 0.85V, 1.20V, 1.50V, 1.80V and 2.00V

APPLICATIONS

• Base stations• Enterprise routers/switches• Gateways• Other telecommunication equipment

AVAILABILITy AND PRICING

The ZSPM1502 product family is in full production. Parts and evaluation kits are available from ZMDI. For 1,000 pieces, the products are priced at EUR 0.87 or USD $1.22 per unit.

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Page 70: Articles 19.1.2016

DRESDEN, Germany – ZMD AG (ZMDI), a Dresden-based semiconductor company that specializes in enabling energy-efficient solutions, has released the ZSPM1503 single-phase, true-digital power solution that has been optimized to power field programmable gate arrays (FPGAs) in telecommunication, data communication, and networking applications. The ZSPM1503 has the ability to regulate the output voltage within a tight tolerance of ±1% and minimize output ripple voltage to 5mV peak-to-peak or better, which is typically needed to power the core voltage for FPGAs with a 1.2V supply.

The ZSPM15xx family features ZMDI’s Tru-sample Technology™, which reduces phase-lag caused by sampling delays, minimizes noise sensitivity and improves transient performance. Tru-sample Technology™ enables the ZSPM15xx family to acquire fast, accurate and continuous information about the output voltage so that the ZSPM15xx can react instantaneously to any changes in the output voltage. The ZSPM1503 is pre-configured to provide customers with a fast time-to-market and easy-to-design digitally controlled power solution with one of ZMDI’s integrated MOSFET power-stage DrMOS products: the ZSPM9000, ZSPM9010, ZSPM9015 or ZSPM9060. The ZSPM1503 permits users to easily select the over-current protection limit, output voltage rise time and control loop compensation via two external resistors to achieve the highest performance in their application.

As a global supplier of analog and mixed-signal solutions for automotive, industrial, medical, information technology and consumer applications, ZMDI is introducing the ZSPM1503 to expand its energy-efficient Power Management ICs product line with a pre-designed, smart point-of-load (POL) solution optimized for telecommunication, data communication and networking applications.

The ZSPM1503 is capable of supporting loads up to 35A with the popular bus voltage of 1.2V. ZMDI also provides bills-of-materials (BOMs) and circuit board layouts to improve customer design cycles, reduce external component cost and minimize application footprint size.

“Many of the high performance FPGAs in telecommunication, data communication and networking equipment require tightly regulated supply voltages to ensure the FPGA functions at its optimum performance,” said Hensen Wong, Product Marketing Manager of the ZMDI Power Management Division. “ZMDI is able to provide customers with a fast time-to-market with a highly accurate and low-noise power solution.”

FEATURES

• Low jitter and ripple output voltage

• Highly accurate output regulation

• Faster time-to-market with tested and ready POL solutions for loads up to 35A

• Factory pre-configured with industry standard voltage of 1.2V

• Enhanced performance with ZMDI’s integrated MOSFET power-stage DrMOS products:

ZMDI intros the ZSPM1503 digital power controller with ZMDi’s tru-sample technology™ for powering the next generation of telecommunication, data communication and networking equipmentJanuary 5th, 2015www.us-tech.com

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ZSPM9000, ZSPM9010, ZSPM9015 or ZSPM9060

• High power density in a 4 x 4 mm QFN24 package footprint

• Selectable over-current limit protection, output voltage slew rate and control loop compensation

• Operation temperature: -40°C to +125°C

• Operation from a single supply voltage: 5V

• Pre-configured ZSPM15xx Family of True-Digital PWM Controllers available with additional output voltage options: 0.85V, 1.00V, 1.50V, 1.80V and 2.00V

APPLICATIONS

• Base stations

• Ethernet switches

• Routers

• Gateways

• Channel Service Unit / Data Service Unit (CSU/DSU) devices

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Page 72: Articles 19.1.2016

Zentrum Mikroelektronik Dresden AG

Zentrum MikroelektronikDresden AG, Japan Office2nd Fl., Shinbashi Tokyu Bldg.,4-21-3, Shinbashi, Minato-ku,Tokyo, 105-0004 Japan

Phone +81.3.6895.7410Fax +81.3.6895.7301

ZMD america, inc.1525 McCarthy Blvd., #212Milpitas, CA 95035-7453USA

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ZMD far east, ltd.3F, No. 51, Sec. 2,Keelung Road 11052 TaipeiTaiwan

Phone +886.2.2377.8189Fax +886.2.2377.8199

Zentrum Mikroelektronik Dresden AG,Korea Office Unit B, 906-1, U-Space 1 Building660, Daewangpangyo-ro,Bundang-gu, Seongnam-si,Gyeonggi-do, 463-400KOREA

Phone +82.31.950.7679 Fax +82.504.841.3026

v1.60

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