Elektroniktidningen maj 2019 by ETN

NR 5 MAJ 2019

ELEKTRONIK TIDNINGEN

CHALMERS LYFTER UV-LYSDIODEN

SVERIGES ENDA ELEKTRONIKMAGASIN FÖR PROFFS

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER Michael Bergmann gör UV-lysdioden 4–5 gånger bättre. /12–14

MYCRONIC:

OPTISK DATOR:

Bakom masken på laserritarna

Forskarna fortsätter försöka

/10–11

/17–19

PRENUMERERA KOSTNADSFRIT T! ETN.SE/PREN

Tidningshuvud

05-12-12

14.29

INNEHÅLL ETN 5/19

Sida 1

Utges av Elektroniktidningen Sverige AB adress: Folkungagatan 122, 4 tr, 116 30 Stockholm. telefon: 08-644 51 20 | www.etn.se bankgiro: 5456-3127 redaktion: Anna Wennberg (ansv. utg.), Per Henricsson, Jan Tångring. grafisk formgivning och layout: Joakim Flink, TYPA jocke.flink@typa.se annonser: Anne-Charlotte Sparrvik, 0734-17 10 99 | e-post: ac@etn.se

prenumeration: webb: etn.se/pren | e-post: pren@etn.se telefon: 08-644 51 20

Anna Wennberg Bevakar analogt, opto och kommunikation, kraft, sensorer, distribution, medicinsk elektronik och minnen. anna@etn.se | 0734-17 13 11

Per Henricsson Bevakar test & mät, rf och kommunikation, produktion, FPGA, EDA och passiva komponenter. per@etn.se | 0734-17 13 03

4 16

Jan Tångring Bevakar inbyggda system, mjukvara, processorer, kort och skärmar. jan@etn.se | 0734-17 13 09

Anne-Charlotte Sparrvik Ansvarar för sälj- och marknadsföring. ac@etn.se | 0734-17 10 99 © Elektroniktidningen 2019 upplaga: 13 500 ex (exkl. emagasin) Allt material lagras elektroniskt. issn 1102-7495 Organ för SER, Svenska Elektrooch Dataingenjörers Riksförening, www.ser.se Tidningen trycks på miljövänligt papper hos Sörmlands Printing Solutions AB. omslagsbilden: Michael Bergmann, doktorand på Chalmers. foto: Henrik Sandsjö

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

Kista fick träffa mannen bakom Risc-V Qamcom, Antmicro, IAR och KTH bjöds upp på scenen när amerikanska konsulten Sifive kom till Kista för att marknadsföra sig själv och den öppna arkitekturen Risc-V. Gittret skräddarsyr våglängden Genom att skicka in laserljus i en kristall med ett skräddarsytt gitter går det att skapa nya våglängder i önskat område. Tekniken håller på att kommersialiseras av Tailored Photons.

Elektriskt avstämbar optisk sensor i nanotrådar En liten, känslig optisk detektor som kan styras att bli känslig inom ett visst våglängdsområde är vad forskare i Halmstad och Lund samarbetar kring.

EXPERT: UV-dioder kan lösa ett av våra största problem – rent vatten Lysdioder som ger UV-C-ljus är idealiska komponenter för att döda mikroorganismer och därmed ge alla tillgång till rent vatten, skriver Mikael Winters på Laser Components Nordic.

EXPERT: Ljusmagi med D2M En ljuskälla som använder tekniken Dim to Warm, eller D2W, kan ändra färgnyans från skarpt vittljus till mjukt varmvitt ljus. Därmed kan den uppfylla helt olika behov vid olika tillfällen, skriver Stefan Larsson, vd på Optoga. EXPERT: Så LED-pimpade Digi-Keychefen sin husbil En 29 år gammal husbil har inte LEDbelysning. Men är man ingenjör på Digi-Key, som Michael Marwell, kan man åtgärda sådana brister.



START BLOCKET

Framtiden för Risc-V ur skaparens perspektiv JAN TÅNGRING

Elektroniktidningen fick en pratstund med Risc-V-konstruktören Krste Asanović när hans företag Sifive passerade Kista på sin pågående världsturné.

m man ska peka ut en enda person motsvarande ”Linus Torvalds för Risc-V” skulle det bli Krste Asanović. Han tog fram den första versionen år 2010. Processorarkitekturen Risc-V släpptes under öppen källkodslicens och var tänkt för utbildningsbruk. Men den mognade och började designas in i produkter av sin egen kraft. Kring 2015 vaknade det kommersiella intresset på allvar. Bland annat grundades företaget Sifive av Krste Asanović och fyra av hans kollegor på Berkeley universitetet. Sifive tar fram egna implementationer av Risc-V och kringkretsar, och hjälper andra företag bygga SoC:er. F R Å N B Ö R J A N hade Sifive andra idéer om hur det skulle tjäna pengar. – Vi tänkte att ISA:n ju är öppen och gratis och att Berkeley redan byggt bra öppenkods

FAKTA Risc-V är en instruktionsuppsättning, som x86 och Arm. Men till skillnad från dem kan vem som helst bygga en Risc-V-processor utan att be någon om lov eller ge pengar till någon. Den är alltså cpu-världens motsvarighet till Linux. Det finns fler öppenkodscpu:er, men Risc-V tycks på många sätt att ha prickat rätt med sin bakgrund på anrika Berkeley, med ett snabbt stöd från stora intressenter och genom att den lanserades i ett ögonblick då det fanns ökande sug i öppenkodsvärlden efter en ny cpu.



Krste Asanović tackar för samtalet och rusar vidare till nästa föredrag.

implementationer, så IP var ju inget vi kunde ta betalt för. Men företag hörde av sig. När kön var upp i ett dussin trillade poletten ner – Sifive insåg att det tackade nej till affärer när det bara hänvisade potentiella kunder till gratiskärnor. – Vänta nu! Vad håller vi på med? Det här är kunder som kommer till oss, varför gör vi ingenting av det? Som förstärkning köpte Sifive i fjol Open-silicon, en konsult med 350 skeppade chips sedan 2003 i meritförteckningen. Sifive vill bli en one-stop-shop för den som vill bygga systemkretsar kring Risc-V. Om ett eller ett par år hoppas Sifive vara redo att sjösätta onlineverktyget Designshare. Det ska fungera som en hubb för IP för systemkretsar. En hubb som öppnar en IP-marknad, hoppas Sifive. Företaget får förfrågningar om att ta fram chips åt företag med spännande IP. – Men egentligen är de IPföretag. De tänker sig att deras marknad ligger i egna chips. Problemet är att de flesta kunder

inte vill ha exakt deras chip. De vill ha IP-kärnan men integrera den på sitt eget sätt. I Designshare öppnas möjligheten att sälja idén som IP-kärna istället. Designshare ska bli en sorts app-store för chipkonstruktörer, inklusive ett lättanvänt verktyg för integrering. Design share listar idag 16 partners. E N S K Ä M T S A M men ändå halvt allvarlig vision är att kunden ska kunna klicka för vad den vill ha, och sedan plocka fram kreditkortet för att beställa ett prototypchip. Krste Asanović är i Kista som representant för Sifive, men vi kan förstås inte låta bli att prata om Risc-V generellt. Arkitekturen fick i julas en spännande konkurrent när Wave technologies släppte en version av den klassiska arkitekturen Mips under öppen källkods licens. Marknadsföringen gick direkt i clinch med Risc-V, som bland annat pekades ut som otestad och som en risk vad gäller IP-rättigheter. – Jo, visst försöker de positio-

nera sig mot oss. Krste Asanović kontrar med att det fortfarande finns oklarheter i vad exakt som Wave släppt som öppen källkod och att Risc-V kanske upplevs som ny, men i själva verket snart har tio år på nacken. Vad gäller IP-rättigheter är Risc-V enligt Krste Asanović inte mer utsatt än någon annan. S T I F T E L S E N R I S C - V har noga dokumenterat släkttavlan för varenda instruktion. Risc-V heter som den gör eftersom den är version fem i en serie ISA som alla skapats på Berkeley så idéerna är lätta att spåra. Vad gäller mikroarkitektur medger Krste Asanović att processorbranschen lever under ett patenthot som i ett mardrömsscenario kan leda till leveransförbud. Men det hotet finns över alla. – Det är en stor riskfaktor i vår bransch. Kostnaderna för detta skulle var mycket större än något skydd i form av garantier som något företag skulle kunna lämna. Allteftersom Risc-V får fler medlemmar – idag drygt 140 – byggs långsamt ett bättre patentskydd upp genom att medlemmar förbinder sig att inte använda egen IP mot Risc-V. För övrigt roar sig Krste Asanović med att läsa gammal litteratur om processorarkitektur och konstaterar att många idéer om avancerad mikroarkitektur publicerades för så länge sedan att de inte längre kan vara inlåsta i patent. – Under de senaste tjugo åren har det inte skett extremt mycket innovation inom processor arkitektur. Sifves världsturné pågår till november och stannar vid 52 orter. Och det är verkligen bokstavligen en världsturné. Bland hållplatserna finns inte bara Mountain View, Cambridge, Hsinchu och Shenzhen,

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

QAMCOM

STARTBLOCKET

Risc-V-konsulten SiFive fyllde en hörsal under sitt besök i Kista den 17 maj.

utan även Islamabad, Bangalore, Istanbul och Buenos Aires. Finns det halvledarindustri där?

– Jo, kanske förvånande. Men många länder ser en handels obalans från halvledare som inte är hållbar, och de försöker räkna ut hur de åtminstone ska kunna flytta hem en del av detta. På varje stopp får lokala intressenter hålla föredrag. I Kista berättade Ahmed Hemani på KTH om hur SoC-konstruktionsmetoden Silago håller på att få en legobit för Risc-V. IAR berättade om sin kommande

Risc-V-kompilator och Qamcom berättade om sin egen användning av och arbete med Risc-V. Men de flesta föredrag håller Krste Asanović själv. Elektroniktidningen får två korta intervjupass i pauser. Han skojar om det i talarstolen. – Jo, vi gillar ju återanvändning så vi återanvänder föreläsarna. Det blir billigare så. Risc-V diskuteras för användning i allt från styrkretsar till superdatorer – ett av designmålen var att vara skalbar på det sättet. På frågan om det finns något specifikt fält där den vinner sina

första stora segrar blir svaret, kanske lite oglamoröst, styrkretsar för datalager. – Western Digital är en av Sifives investerare, liksom Hynix. Och en av våra kunder är Baidu, för dess SSD-företag. Varför detta intresse just därifrån?

– Ingen annan arkitektur har 64-bitars multikärnor för inbyggda system. Det är adressutrymmet som behövs. Andra arkitekturer har 64-bitars tillämpningsprocessorer, men sådana är dyra, och dåliga på realtid på grund av sin minnes-

hantering, cache och annat. Han lägger till att Risc-V-maskinkod inte är större i 64 bitar eftersom ISA:t är detsamma. Det är ett av flera exempel han ger på relevant teknik i Risc-V där de kommersiella alternativen enligt honom ligger efter. Ännu finns bara en handfull produkter med Risc-V-kärnor från Sifive – bland dem ett fit nessarmband från Huami och en hård U54-fyrkärna i Microsemis FPGA Polarfire. – Men många fler är på gång. JAN TÅNGRING jan@etn.se

TROR DU ATT ALLT STÅR PÅ WEBBEN?

Läs Elektroniktidningen! Prenumerera gratis. Du får det snygga månadsmagasinet genom att fylla i talongen på etn.se/pren

EKTRONIKN EL TIDNINGE

SVERIGE S ENDA ELEKTRO NIKMAGASIN FÖR PROFFS

NR 4 APRIL 2019

TRÅDLÖST UTAN BAT TERIER

NR 3 MARS 2019

ELEKTRONIK TIDNINGEN

NR FEBR UAR2 I 2019

SVERIGES ENDA ELEKTRONIKMAGASIN FÖR PROFFS

FÖRARLÖS LASTBIL

DARJA

batterifritt. Zigbee, Lora – Bluetooth, Wifi, sensornoder drivas allt fler trådlösa sialisering. /12–13 scatter-radio kan väg mot kommer Två företag är på G: FORSKNIN

/10–11

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

PRENU MERER A

KTH styr stråle med memsgitter /16–17

ETN.S E/PRE N KOSTN ADSFR IT T!

TVILLINGA

På besök i digitala fabriker

TEMA: FORDON

Einrides självkörande och elektriska lastbil passar för 60 procent av transportbehovet i Sverige. /28–29

KRAFTSAM

HUSKVARNA:

Några fynd från årets mässgolv

Airbus väljer Saabsensor för A350 /18–19

PRENUMERERA KOSTNADSFRIT T! ETN.SE/PREN

PRE NUM

ERE RA KOS

LING:

ABB ska digitaliser industrin a

/12–17

EMBEDDED WORLD:

/10–16

ISAKS SON:

DIGITAL SOM ST YISR ERINGSGENERAL EN VINNOVA

RER OCH SENSO nya backTEMA: IoT med forskarnas

Pivotal släpper in mm-vågor genom rutan

SVER IGES ENDA ELEK TRON MAG ASIN IKFÖR PRO FFS

TEM A: IND OCH US DIGITA TRI LISERI Visionär, digital strate NG förändrare g och beskrivit är bara några ordsamhälls Darja är hon gene Isaksson. Seda som myndighet raldirektör på n ett halvår Vinno behovsmo en som finansierar va – Ta del av tiverad forskning hennes tankar. /10–1i Sverige. 1

FÖR FASTA RUTTER

5G-ANTEN N:

ELEKTRONIK

TIDN INGE N

/18–19

TNA DSF RIT

T! ETN .SE /PR



START BLOCKET

SER-KRÖNIKA

Digitalisering och samarbeten

PÅ Å R S M ÖT E T G I C K V I ÄV E N I G E N O M planerna för 2019 och den fortsatta digitaliseringen. Det handlar om att förbättra hemsidan och våra tidskrifter med en app som gör att det ska bli lättare och roligare att läsa våra tidskrifter. Det kom också in flera spännande förslag och idéer till studiebesök som vi kan göra i höst eller nästa år. Som SER-medlem har du möjlighet att påverka och förbättra föreningens verksamhet med dina idéer och förslag. Årsmötet hölls för första gången i Electrum i Kista. Vi återkommer i höst med något föredrag. Förslagsvis i anslutning till Embedded Conference Scandinavian (ECS) som är i november. I N N A N Å R S M ÖT E T gjorde vi ett studiebesök på Ericsson Studio i Kista som handlade om 5G och mobilnätverk. Det var en mycket intressant utställning som visade på den snabba utvecklingen av system för 5G-radionät och på nya användningsområden för 5G. Det var en Imponerande utställning som upplevdes av alla deltagare. D E T S I S TA S T U D I E B E S Ö K E T innan sommaruppe hållet blir på Fibersystem AB den 28 maj. Företaget erbjuder lösningar för datasäkerhet med en ny typ av brandväggar.

STAFFAN SKOGBY Ordförande SER, Svenska Elektro- och Dataingenjörers Riksförening

CFX ska göra elektronikindustrin smart n PRODUKTION Uppkopplade fabriker, Industri 4.0 och IIoT lovar alla att göra elektronikindustrin smart. Hittills har det dock saknats en standard för data till och från maskiner och processer i fabrikerna. CFX från branschorganisationen IPC ska råda bot på det.

Det har länge gått att hämta data från de pastatryckare, ytmonteringsmaskiner, lödugnar, testsystem och annan utrustning som används vid elektroniktillverkning, men de har alla haft sina egna sätt att kommunicera och leverera data. Connected Factory Exchange, CFX, ska få alla att prata samma språk. Därmed slipper man spendera tid och resurser på att skapa översättningsprogram så att data kan nyttjas av överord-



nade system som används för optimering och styrning av tillverkningsprocessen. E N G R U P P I N O M I P C har arbetat med att ta fram en standard under ett par år och nu släpps den första versionen av CFX, eller IPC-2591 som är den officiella beteckningen. Standarden har redan från start stöd av ett 70-tal företag. CFX är fri att använda men det kostar en slant att köpa dokumentationen från IPC. Kodexempel finns att hämta på Github. Den nya standarden blir ett komplement till Hermes som spikades för två år sedan. Hermes är en standard för den grundläggande kommunikationen i ytmonteringslinorna men kan också utbyta data med CFX.

PER HENRICSSON per@etn.se

THOR BALKHED

PÅ S E R : S Å R S M ÖT E den 8:e maj gick vi igenom verksamhetsberättelsen med våra aktiviteter som föredrag och studiebesök. Vi har en satsning sedan flera år tillbaka på att digitalisera våra medlemstidskrifter. Det tillsammans med andra åtgärder för effektivare administration har gett resultat och vi har minskat underskottet under 2018. En annan effektiv strategi är att söka samarbeten med andra branschorganisationer för att få tillgång till fler studiebesök och kurser.

Sensor som mäter värme, ljus och beröring.

Elektronisk hud känner värme och tryck n FORSKNING En sensor som reagerar likt din hud och kan känna av en beröring av något varmt, som en hand. Det har forskare vid Laboratoriet för organisk elektronik på Linköpings universitet tagit fram.

Sensorn har flera egenskaper som gör att den kan fungera som en bit hud – den kan känna av eller övervaka en förändring av kroppstemperatur. Det betyder att den kan reagerar på ljus från solen eller en beröring av något varmt, exempelvis en hand. Den är också tryckkänslig. – En signal uppstår när vi trycker på sensorn med ett finger, men inte när vi utsätter den för samma tryck med ett stycke plast. Den reagerar på värmen från handen, säger Magnus Jonsson, som lett studien, i ett pressmeddelande. D E N NYA S E N S O R N nyttjar pyroelektriska och termoelektriska effekter. Här kombineras en pyroelektrisk polymer med en termoelektrisk gel framtagen i ett tidigare projekt. I de pyroelektriska materialen uppstår en spänning när mate rialet värms upp eller kyls. Temperaturförändringen ger en snabb och stark signal, som avklingar nästan lika snabbt. I de termoelektriska materialen uppstår istället en spänning när materialet får en kallare och en varmare sida. Denna signal är långsam, och kan symbolisera

hur solens strålar värmer upp från en riktning. Forskarna tar även hjälp av plasmoner – ett nanooptiskt fenomen. – En plasmon uppkommer när ljus interagerar med metalliska nanopartiklar, som guld och silver. Det infallande ljuset gör att elektronerna i partiklarna böjar svänga i takt, oscillera. Den kollektiva oscillationen är själva plasmonen, säger Magnus Jonsson. F O R S K A R N A H A R T I D I G A R E visat att en elektrod – en tunn guldfilm med nanohål – absorberar ljus effektivt med hjälp av plasmoner. En sådan elektrod kan användas för att omvandla solljus till en snabb och stadig signal. Förutom Magnus Jonsson har Mina Shiran Chaharsoughi, doktorand inom organisk fotonik och nanooptik vid Laboratoriet för organisk elektronik, ingått i projektet. Likaså har Dan Zhao, Simone Fabiano, båda inom organisk nanoelektronik, och professor Xavier Crispin bidragit till resultaten som nyligen publicerats i ansedda Advanced Functional Materials. Forskningen finansieras bland annat av Stiftelsen för strategisk forskning, Vetenskapsrådet, Wenner Gren Stiftelserna och den strategiska satsningen på Avancerade funktionella material, AFM, vid Linköpings universitet.

ANNA WENNBERG anna@etn.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

MAKING YOUR AUTOMATION INVESTMENTS FASTER, SMARTER AND MORE SECURE Edge-to-cloud connectivity, softwareenabled ﬂexibility, advanced robotics, machine health monitoring and systemlevel security – they’re all part of Analog Devices’ suite of Industry 4.0 accelerator solutions, designed to deliver nextgeneration capabilities today, with future-proof pathways to what’s next. Wherever physical meets digital, we’re there...AHEAD OF WHAT’S POSSIBLE.

#ADIahead

Now to NEXT: ACCELERATING THE PATH TO INDUSTRY 4.0

LEARN MORE ABOUT OUR INDUSTRY 4.0 ACCELERATOR SOLUTIONS: analog.com/industry4.0

START BLOCKET

Svensk kraftkonsult lägger kraft på Europa n GO-EUROPE I en egen monter på den stora kraftmässan PCIM i Nürnberg hittar jag EK Power Solutions – Danderydsföretaget som är specialist på att konstruera robust kraftelektronik. Här ska företaget ta avstamp ut i Europa, och ytterligare tillväxt. Efter första dagen har företaget lyckats knyta till sig åtta nya riktigt bra leads.

– Hittills har det varit klart över förväntan. Superbra, säger Vidar Wernöe, vd på EK Power Solutions när vi träffas på mässgolvet en bit in på andra mässdagen. PCIM är världens största årliga mässa och konferens med fokus på kraftelektronik. I år samlade den över 500 utställare från ett 30-tal länder mellan den 7:e och 9:e maj – ett av företagen var den svenska kraftspecialisten EK Power Solutions, som ställde ut för allra första gången. – Det som drev oss hit är att vi vill växa. Vi har redan en stark ställning på hemmamarknaden och för att växa ytterligare måste vi göra större ringar på vattnet, säger Vidar Wernöe. T I L L S K I L L N A D från andra kon sultbolag som levererar tjänster inom många områden vill EK Power förbli ett snabbfotat design-hus med spetskompetens inom konstruktion av kraftelektronik, strömförsörjning, motorstyrning, batteriladdning och mönsterkortslayout. Under det senaste året har företaget vuxit till 25 anställda, varav 15 jobbar med kraftkonstruktion och 6–7 konstruktörer mönsterkortslayouter. Ambitionen är att växa ytterligare för att på sju års sikt dubbla omsättningen till 50 miljoner. För att nå dit planerar EK Power att utveckla sin strategi. Kunderna har tidigare fått alla konstruktionsunderlag och därefter tillverkat i egen regi. Framöver kommer EK Power även att kunna erbjuda mer kompletta lösningar – så kallad box-build – som innebär att de tar ett helhetsansvar för leverans, support och garantiåtaganden. – Vissa av våra kunder vill inte



Trion Vidar Wernöe, vd, Susanne Löfstedt, ekonomichef och Per Jennel, försäljningschef, i den egna montern på den tyska kraftmässan PCIM.

hålla på med tillverkning. De vill att vi levererar en färdig produkt. Vi har några sådana åtaganden idag, och vi siktar på fler. Ytterligare en strategi är att utveckla mjukvarusidan. Tidigare har EK Power samarbetat med externa konsultbolag för mjukvaruutveckling. I takt med produkternas ökade mjukvaruinnehåll och industrins starkt ökade behov av elmotorstyrning har företaget byggt upp intern mjukvarukompetens. – Förra året anställde vi vår första mjukvarukonstruktör, och nu är vi på väg att ta in fler. Vi söker individer som kan reglerteknik och elmotorstyrning. Till detta kommer strategin ”Go-Europe”, som Vidar Wernöe kallar det. I Finland, Norge och Danmark har EK Power redan kunder – nu står bland annat Tyskland på tur. M A N KO N S TAT E R A R att de leads som skördats under den första mässdagen gav stor spridning över nationsgränser. Här ingick flera tyska, men också ett kinesiskt, italienskt, finskt, norskt och faktiskt även ett svenskt bolag. – Generellt kan jag säga att det saknas duktiga kraftkonstruktörer. Behovet är högre än tillgången, det märks tydligt. Vi har

fått besök av representanter från England, Italien, USA, ja massor av olika länder, konstaterar Vidar Wernöe, och tillägger: – På den här mässan möter vi verkligen både stora och mindre företag som letar efter kraftelektronikkompetens. Flera har tydliga behov av det vi kan erbjuda. En märkbar trend på årets PCIM var att halvledartillverkare verkligen har, och kan sälja, kiselkarbidkomponenter, både dioder och MOSFET:ar. I sin monter passade EK Power på att visa resultat från ett eget SiC-projekt, finansierat av Vinnova och Energimyndigheten. Resultatet blev att med kiselkarbid minskade effektförlusterna med 60 procent i ett elmotorsystem jämfört med traditionella IGBT:er. – Först tycker många att det är jätteintressant när vi kan visa på de minskade förlusterna. Sen kommer oftast frågan ”Men hur är det med EMC”? – Då är det otroligt roligt att kunna visa att man kan uppnå samma EMC-resultat som tidigare. Det gör alla lite lugnare. Många tycker just att EMC är besvärligt, vilket öppnat för EK Power att göra lite extra reklam ”EMC-problem.nu”.

Den skapades för alla med akuta EMC-problem, men också alla som behöver hjälp att göra rätt från början. – Sajten är tyvärr enbart på svenska idag, men jag går och väntar på .now-domänen för en framtida EMC-tjänst på engelska, skrattar Vidar Wernöe. PÅ F R ÅG A N om det är dags att öppna ett kontor även i Tyskland avslöjar Vidar Wernöe att han faktiskt fick just den frågan dagen innan. – Tysklands motsvarighet till Business Sweden var här och sa att de kan hjälpa oss med allt om vi vill etablera oss här. De erbjöd sig att sätta upp ett kontor kostnadsfritt. Tydligt är att det i Tyskland jobbas hårt med att stärka den tyska industrin. Och här skriker industrin efter kompetens inom kraftområdet, speciellt eftersom elektrifieringen i Tyskland närmast skenar. – Sammantaget har PCIM överträffat våra förväntningar. Troligen återkommer vi nästa år. Nästa år krockar PCIM med den svenska elektronikmässan SEE i Stockholm i maj. Vi får se om och var vi träffas då.

ANNA WENNBERG anna@etn.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

Kort-till-kort åt alla håll Robusta kontakter i FINEPITCH serien Med FINEPITCH, kort-till-kort kontakter, erbjuder Phoenix Contact för första gången skärmade och oskärmade kontakter för signal och dataöverföring mellan två kort. Detta ger er möjlighet att koppla ihop två kretskort enligt ert behov, med olika riktningar, höjder och antal poler, i kompakt format med 0,8 mm eller 1,27 mm delning.

För mer information ring 08-608 64 00 eller besök www.phoenixcontact.com/finepitch

DC 05-18.000.L1 © PHOENIX CONTACT 2018

Mycronics maskritare ligger bakom dina skärmar Om du läser den här texten på en bildskärm är det mycket sannolikt att den tillverkats med hjälp av någon eller några av Täbyföretaget Mycronics laserritare. Det gäller vare sig det är en mobil, surfplatta eller dator. Skulle du mot förmodan läsa på tv:n har Mycronics fotoritare använts för att tillverka maskerna även till den. Verksamheten saknar i princip konkurrenter.

ycronics rötter går tillbaka till KTH och principen är fortfarande densamma som för 40 år sedan – ljuset från en laser ritar mönstret på de masker som sedan används för att tillverka bildskärmen. Förhållandet mellan mask och bildskärm är 1:1. Idag är dimensionerna på det som ritas nere på 0,9 µm. Dock finns det ingen skarp gräns för vad maskinen klarar. – Vi kan rita betydligt mindre, säg ca 0,5 µm, men då kan vi inte garantera resultatet, säger Charlott Samuelsson som är ansvarig för affärerna som rör laserritarna på Mycronic.



Det innebär att exempelvis en linje inte blir exakt 0,5 µm, men också att bredden i början, mitten och slutet av linjen kan vara olika. 0,9 µm är hur som helst 0,6 µm bättre än vad alignern, den maskin som används för att överföra mönstret på fotomasken till skärmen, har i noggrannhet och en marginal som krävs för dagens bästa AMOLED-skärmar. Precis som vid halvledartillverkning är kraven på dimensionerna olika i olika lager. Störst precision behövs i de undre lagren där transistorerna finns. Fundamentet i maskritaren är en rejäl skiva av diabas, ett material som är extremt kom-

pakt och formstabilt. Diabasen bryts i Skåne och ledtiden för att färdigställa den är en av anledningarna till att det kan ta 12 till 18 månader från beställning till leverans av en ritare. Basstenen vilar på en luftfotsram för att eliminera vibrationer från omgivningen. Ovanpå basstenen finns dessutom ett tunnare bord som flyger på en luftkudde. Bordet kan vara av diabas eller av en keram kallad Zerodur. – Zerodur är extremt formstabilt, en sten kan torka ut och böja sig.

men kan inte rita med samma precision och kan ersätta äldre LRS-ritare. De blivande fotomaskerna består av ett kvartsglas som är belagd med ett tunt kromlager. Ovanpå det finns fotoresisten som exponeras av laserljuset. Ljuset är mycket rent med ett smalt spektrum. Det genereras av en kraftfull gaslaser som väger ett runt 50 kilo och sitter under stenbordet. Ljuset leds upp till ovansidan och vinklas ned på den blivande masken. För att styra och forma strålen används akustooptik. I det sista steget delas ljuset upp i upp till 15 strålar som B L A N D A N N AT VA L E T av material sakta ”krattar” sig fram över i den tunnare skivan förkladen blivande masken för att rita rar skillnaden mellan den lite mönstret. Förflyttningenklare Prexision Lite-8 arna är så små att varje som lanserades för någon omtag med ljuskrattan månad sedan och Prexidelvis överlappar det sion-8 (se ruta). Zeroduföregående. ren är betydligt dyrare än Med hjälp av diabasen men ger bättre akustooptiken kan noggrannhet i ritningen. man också eliminera Prexision Lite-8 har Charlott systematiska fel som därför ett lägre pris Samuelsson ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

FAKTA

Ritare för stora skärmar För dagens generation av display fabriker, så kallade G8-fabriker med substrat upp till 2200 × 2500 mm, kan kunderna välja på modellerna Prexision-8, Prexision-80 och Prexision-800. Den senare lanserades för två år sedan och det första exemplaret installerades hos en kund för ett år sedan. Det är bara Prexision 800 som kan rita med en upplösning på ca 0,9 µm. De andra har lägre noggrannhet, men är samtidigt billigare.

Tilläggas kan att själva masken är mindre än panelen med sina ca 1200 × 1400 mm. För att exponera hela ytan på panelen får man flytta masken fyra gånger men varje exponering tar bara några sekunder. Skärmarna byggs upp av mellan tio och femton lager som skapas med hjälp av fotomaskerna. Beroende på hur stor verksamhet masktillverkaren har finns det minst två olika laserritare för att rita ett

set av fotomasker. Större masktillverkare har ofta tre eller fler ritare. Prexision-800 används för de mest avancerade lagren. Priset på en P800 kan vara 40 miljoner dollar beroende på tillval. I sortimentet finns också Prexision-10, hittills finns bara två G10-fabriker i världen. Den ena finns i Japan och den andra i Kina men just nu uppförs ytterligare fabriker i Kina. Dessa processar displaysubstrat med en storlek på ca 2900 × 3300 mm.

Maskritare är rejäla pjäser som kan väga upp till 20 ton.

FAKTA Fotomasker från Mycronics laserritare (i fjol): l Användes för att tillverka 3,7 miljarder bildskärmar. l Upptog en yta motsvarande 30 000 fotbollsplaner. l Tillverkade till ett värde av 114 miljarder dollar.

annars skulle visa sig som så kallade muraeffekter. Det är fel och systematiska variationer som det mänskliga ögat är ytterst känsligt för. Innan ritningen påbörjas måste data från designfilen omvandlas till rörelser som styr maskritaren. Det blir en fil på upp till 15 Tbyte som strömmas till ritaren. I M OT S AT S T I L L företagets ytmonteringsmaskiner finns det inget löpande band genom maskritaren eftersom cykeltiderna är så långa. Att rita en fotomask tar mellan en och två dagar. De blivande maskerna kan väga över hundra kilo och laddas istället i en hållare på ena sidan av ritaren som sedan lyfter in substratet och placerar det på stenbordet. Invändigt håller maskinen ISO 3 till 4 i renhet (motsvarar klass 1-10). Dessutom står maskinen i ett renrum med en lägre klass, ISO 5 (klass 100). Efter ritningen kontrollerar

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

man att mönstret överensstämmer med designen. Bland annat mäts mönstrets position. Mycronic har en speciell maskin för uppgiften kallad Prexision-MMS som baseras på ritaren Prexision-8 eller Prexision-10 beroende på om maskerna ska användas i en G8eller G10-fabrik. Den kan mäta position med en noggrannhet ned till 65 nm. Det går att reparera vissa fel i masken, exempelvis kan man addera mer krom om det fattas på ett ställe eller blivit för lite. När allt är klart beläggs masken med en skyddande plastfilm. De flesta som äger en av företagets maskritare har också ett serviceavtal och köper til�läggsprodukter. Faktisk kommer drygt 30 procent av ritarverk-

samhetens intäkter därifrån. Det handlar exempelvis om regelbundet underhåll inklusive utbyte av förbrukningsmateriel som lasrar och mekaniska delar som olika typer av filter. E F T E R S O M VA R J E S YS T E M kostar så mycket kan försäljningen variera kraftigt mellan kvartal men också mellan år. Under 2018 levererades exempelvis sju system, år 2017 blev det tio stycken. Ser man istället till omsättningen som även inkluderar service och eftermarknad landade omsättningen på knappt 1,8 miljarder kronor under 2018 mot knappt 1,6 miljarder år 2017. Mycronic har ett kontinuerligt utvecklingsarbete för att förbättra noggrannheten samtidigt som skrivhastigheten inte får bli

lidande. Normalt lanseras en ny generation vart tredje till vart fjärde år. Större delen av arbetet sker i Täby där utvecklingsavdelningen delas med ytmonteringsdelen av företaget. Dock finns det vissa grupper som enbart arbetar med maskritarna. Det finns också utvecklingsverksamheter på andra ställen i världen. Företaget har exempelvis satt upp ett center för artificiell intelligens i Silicon Valley, USA. – Det som driver maskindust rin tekniskt är att transistorerna blir mindre och mer avancerade för att upplösningen i skärmen ska bli högre eller för att bildkvalitén skall bli bättre, säger Charlott Samuelsson. PER HENRICSSON per@etn.se



TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

Åsa Haglund leder arbetet med att utveckla UV-lysdioder som är många gånger effektivare än idag.

Chalmers lyfter UV-lysd FAKTA

UV-strålning delas upp i de tre grupperna UVA, UVB och UVC, där den sistnämnda har allra kortast våglängd – från 100 nm till 280 nm. Solens strålning spänner över alla tre. I princip all UVC-strålning från solen absorberas av atmosfären. Det innebär att de flesta levande organismer inte har utvecklat ett skydd mot denna strålning. UVC-strålning kan därför användas för att inaktivera bakterier, sporer och virus – exempelvis för att rena vatten eller sterilisera instrument på sjukhus. Allra bäst



fungerar det vid våglängden 265 nm, och idag används speciallampor för att skapa detta ljus. UVA-strålar har längst våglängd, från 315 nm till 400 nm, medan UVB spänner över våglängderna 280 till 315 nm. Både UVA och UVB kan användas för att exempelvis härda plaster och ytbehandla. UVB kan även användas för att behandla hudsjukdomar, som exempelvis psoriasis, vitiligo och T-cellslymfom, genom så kallad fototerapi. Med en liten dos UVB går det också att styra metabolismen hos grödor i växthus, så att de blir mer hälsosamma att äta.

HENRIK SANDSJÖ

Därför är UV-ljus intressant

Två probspetsar driver en UV-LED elektriskt. Samtidigt studerar forskarna emissionen genom mikroskopet, för att få en bild över hur homogen ströminjektionen är.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

Dagens ultravioletta lysdioder är dåliga på att lämna ifrån sig ljuset de alstrar. Nu har Chalmersforskare, med professor Åsa Haglund i spetsen, utvecklat en metod som gör att ultravioletta lysdioder kan tillverkas likt dagens effektiva blå. Förhoppningen är att bana väg för UV-LED:ar som är fyra till fem gånger bättre än dagens alternativ. ningsgrad på mellan 40 och 50 procent, säger Åsa Haglund. Att de blå lysdioderna är så effektiva är frukten av många års arbete med att öka den så kallad ljus-extraherings-verkningsgraden, alltså förmågan att extrahera ljus (se ruta sid 14). En väsentlig del i den framgången har varit att avlägsna det tjocka substrat som behövs som underlag för att växa LED-strukturen. Därmed tar man bort material som annars både reflekterar och absorberar ljus. Samtidigt innebär det att diodens topp-yta kan behandlas, eller struktureras som det heter, för att optimera mängden ljus som kan passera ytan. Resultatet är effektiva tunnfilmsdioder som kan flip-chip-monteras. H O S B L Å L E D : A R tas substratet bort genom att man smälter GaN-materialet exakt vid gränsytan mellan diod och substrat med hjälp av en laser. – Tyvärr fungerar det inte att göra så med UV-LED:ar eftersom de består av AlGaN, och inte GaN. Det krävs mycket

högre temperaturer för att smälta AlGaN och även om man lyckas smälta materialet så blir det kvar aluminiumdroppar på ytan som gör att de två delarna inte vill lossna från varandra. Istället har forskarna – där Chalmersdoktoranden Michael Bergmann varit den som gjort större delen av jobbet – tittat på att använda en selektiv våtetsteknik. – Vi vill selektivt etsa ett offer lager, så att vi sedan bara kan lyfta av LED:en från substratet, säger Michael Bergmann. E N U T M A N I N G har varit att material som AlGaN och GaN är väldigt robusta. Du kan i princip stoppa dem i vilken syra, bas eller annan miljö som helst och inget händer. – Vi måste göra något mer för att få det att etsa, så vi lägger på en potential på vårt prov när det befinner sig i syran. På så sätt hjälper vi materialet att oxidera där strömmen går, därefter kan syran lösa upp det oxiderade materialet som bildas, förklarar Michael Bergmann.

dioden från substratet FAKTA Skissen jämför en typisk UV-LED som finns att få idag (till vänster) med de nya UV-LED:ar som Chalmers tagit fram (till höger).

Finansiering och samarbete Inom projektet samarbetar Chalmers med det tekniska universitetet i Berlin, som har lång erfarenhet av att växa material och tillverkar UV-LED:ar med verkligt hög prestanda. Den svenska delen finansieras av Stiftelsen för Strategisk Forskning och Vetenskapsrådet. SSF:s del tar slut till sommaren, medan VR nyligen gav Åsa Haglund ett stort projektanslag för ytterligare sex års forskning kring UV-lysdioder och UV-lasrar baserade på den beskrivna tekniken.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19



▲ ▲

HENRIK SANDSJÖ

-ljus används i många til�lämpningar, men lysdioder som ger UV-strålning är för ineffektiva så speciallampor, som kvicksilverlampor, är det som används. – Lamporna är otympliga och energimässigt ineffektiva. De strålar ut mycket värme istället för ljus och innehåller dessutom kvicksilver som är giftigt, konstaterar Åsa Haglund. Akilleshälen hos ultravioletta lysdioder är att få ut ljuset. Dagens bästa versioner har en effektverkningsgrad på strax under 10 procent. Det kan jämföras med de blå lysdioder som används i vita LED-lampor – de har en elektrisk till optisk effektverkningsgrad på upp till 84 procent. – Så högt når vi inte genom att enbart förbättra ljusutkopplingen. Då krävs förbättringar på alla plan, som förbättrad ströminjektion och effektivare värmebortledning. Men genom att förbättra ljusutkopplingen borde vi kunna nå en effektverk-

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

UV-LED:arna, för att rättvist kunna jämföra prestanda. – Förhoppningen är att vi kan visa att den nya LED:en är 4–5 gånger bättre. Där hoppas vi vara om ett halvår. Eller säg ett år, så har vi lite marginal, skrattar Åsa Haglund, och avslöjar: – Om vi lyckas göra något bra här så vill vår samarbetspartner, det tekniska universitetet i Berlin som är expert på att växa material och tillverka UV-LED:ar med verkligt hög prestanda, väldigt gärna också testa att tillverka våra dioder hos sig för att se att de får samma goda resultat.

HENRIK SANDSJÖ

Michael Bergmann – doktorand på Chalmers – står för större delen av jobbet i projektet. Här studerar han resultatet i labbet.

Denna så kallade elektrokemiska etsning är en teknik vars selektivitet bestäms av skillnaden mellan olika lagers elektriska ledningsförmåga. Offerlagret som forskarna använder är av AlGaN. Jämfört med övriga delar är det relativt hårt n-dopat för att leda ström bra. Man kan säga att forskarna skapar en elektriskt ledande kanal mellan diod och substrat – det är enbart den som oxideras och löses upp i syran. G E N O M AT T S T U D E R A den etsade diodytan går det att avgöra hur bra materialen släpper från varandra. Är ytan jämn, utan materialrester, är resultatet bra.

– Vi har mätt en ytojämnhet på cirka två nanometer. Det är väldigt lite, nästan atomnära steg i kristallen, säger Åsa Haglund och konstaterar även: – Vår metod innebär dessutom att man kan återanvända det dyra substratet som lysdioden växer på. Det är en direkt vinst för miljön och på sikt bäddar det för lägre priser på lysdioderna. Just nu arbetar forskarna med att utveckla en komponent som kan tillverkas på standardmässigt sätt för att sedan underetsas, lyftas loss från substratet och därefter bondas. En oro finns för att etsningen kan komma att attackera diodens elektriska kontakter på p- och n-

sidan. På ovansidan kan det räcka med att lägga på ett skyddslager inför etsningen, vilket är standard i halvledarindustrin idag för att skydda kontakter ifrån olika typer av etsning. – Samtidigt måste vi förhindra att etsningen attackerar undersidan av lysdioden. Vi tittar på att använda olika skiktade strukturer på bottensidan av komponenten för att blockera etsströmmen att gå in i den, säger Michael Bergmann. N Ä R E N O P T I M A L LÖ S N I N G är nådd planerar forskarna att tillverka komponenter i labbet på Chalmers – både standard-UVLED:ar och de nya tunnfilms-

PA R A L L E L LT M E D L E D -utvecklingen tittar Chalmersforskarna på att använda samma teknik för att ta fram laserdioder för UV-området, så kallade UVvertikalkavitetslaserdioder. – Det verkar också väldigt lovande. Inom kort hoppas vi kunna visa upp en första komponent som lasrar runt 310 nm. Nästa steg är att nå ännu kortare våglängder. Vertikalkavitetslasrar och lysdioder är på många sätt ganska lika. En viktig skillnad är att du kan få mycket högre intensitet med en laser eftersom ljuset är samlat. – Lasrar är väldigt intressant i exempelvis vattenrenings tillämpningar, som behöver högre intensitet än man har idag, men också för mer riktade belysningstillämpningar, för att till exempel lokalt behandla sjukdomar.

ANNA WENNBERG anna@etn.se

FAKTA

Viktigt om lysdiodens verkningsgrad



I njektionsverkningsgraden – andelen elektroner som når kvantbrunnarna l Strålningsverkningsgraden – andelen av de elektroner som når kvant brunnarna som skapar fotoner l Ljus-extraktionsverkningsgraden – andelen skapade fotoner som når ut som ljus l

Hos dagens UV-lysdioder är det ljusextraktions-verkningsgraden som är klart lägst. Därmed är det den som framförallt begränsar den externa kvantverkningsgraden. Ett stort problem för dagens UV-LED:ar är således att man har svårt att extrahera ljuset som skapas.

HENRIK SANDSJÖ

För att förstå hur effektiv en lysdiod är, eller kan bli, är det väsentligt att bena ut de olika begreppen kring verkningsgrad. Effektverkningsgraden hos en lysdiod ger ett mått på förhållandet mellan hur mycket elektrisk effekt man kör in i den och hur mycket ljus som kommer ut från den. Den externa kvantverkningsgraden ger ett mått på förhållande mellan antalet elektroner som skickas in genom de elektriska kontakterna och antal fotoner som kommer ut ifrån lysdioden. Här skalar man bort de resistiva elektriska förlusterna i själva komponenten. Den externa kvantverkningsgraden, kan i sin tur delas upp i tre huvuddelar:

De små chipen – UV-lysdioder – plockas med pincett.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

Fler nya lagerförda produkter

mouser.se

BESTÄLL TILLFÖRSIKT MED

Auktoriserad återförsäljare av halvledare och elektronikkomponenter.

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

Gittret skräddarsyr våglängden De flesta lasrar har fasta våglängder. Genom att skicka in ljuset i en kristall med ett skräddarsytt gitter går det att skapa nya väglängder i önskat område. Tekniken kommer från KTH och håller på att kommersialiseras av Tailored Photons.

– Det är ickelinjär optik. Man kan se det som övertoner på en gitarr, skickar man in tillräckligt starkt ljus i kristallen får man ut en ny våglängd, säger företagets vd Carlota Canalias. Tailored Photons grundades i december 2016 och baseras på över 20 års forskning kring laserfysik som hon och tre av hennes kollegor i bolaget bedrivit på KTH. D E T H A N D L A R O M att skapa gitter i en kristall av det ferroelektriska materialet KTiOPO4. Kristallen är olinjär så skickar man in ljus med en viss våglängd får man ut en annan våglängd men utan gittret är verkningsgraden extremt låg. Gittret har linjer med några tiotals mikrometers bredd och tillverkas med hjälp av fotolitografi och ett elektriskt fält som ställer in orienteringen av dipolerna i kristallen så att de får rätt periodicitet.



på 1064 nm – vars pulser Utformningen av är 12 ns långa och har en gittret bestämmer hur repetitionshastighet på mycket våglängden änd100 Hz – får man ut 60 ras. Det går att konvermJoule om man skickar tera ljuset både uppåt och in pulser med 120 nedåt i spektrum. mJoule. – Du kan också skära Tekniken är i grunden till din bredd om du vill, Carlota Canalias densamma som Stockminska den eller göra holmsföretaget Cobolt använt i den väldigt bred, säger Carlota närmare 20 år men företagen är Canalias. Kristallerna, som kallas Perio trots det inte konkurrenter. Cobolt säljer kompletta lasrar dically Poled KTP, tillverkas på labbet i Alba Nova och klarar ljus med frekvensomvandlande kristaller och temperaturstabilifrån 390 nm upp till 3 900 nm. sering medan Tailored Photons Vilken våglängd som kommer enbart tillhandahåller kristaller, ut beror på vilken våglängd kunderna får själva göra integraman skickar in men det går i princip att få ut ljus inom samma tionen med lasern. – Våra kristaller fungerar både område, det vill säga 390 nm till i pulsade och CW-lasrar. De 3 900 nm. tjockaste används mest för pulExakt hur mycket effekt man sade lasrar, men de tunna som är får ut beror bland annat av våglängden, tjockleken på kristallen en millimeter används både för och egenskaper hos pumplasern. pulsade och CW. Som exempel kan man ta en 5 mm tjock kristall vars gitter har E N K R I S TA L L KO S TA R mellan 1 500 en period på 38,86 µm. När den och 10 000 euro beroende på pumpas med en solidstate laser egenskaperna. Tailored Photons vänder sig framförallt till forskare och företag som sysslar FAKTA med kvantoptik för att skapa Fem grundare: så kallade entangled photons, Carlota Canalias, vd ett område som Cobolt inte är Andrius Zukauskas, teknikchef verksamt inom. Valdas Pasiskevicius, partner – Det är ett område som exploFredrik Laurell, partner derat, det får mycket pengar och Vanesa Indriago, ekonomichef är ett av EU:s flaggskepp. Dess-

utom finns det många uppstartföretag, säger Carlota Canalias. Än så länge finns få kommer siella tillämpningar men kvantkommunikation pekas ut som ett möjligt sätt att skapa kommunikationslänkar som är omöjliga att avlyssna. – Man tar en foton, splittar den i två som är beroende av varandra. Mäter man på den ena vet man hur den andra kommer att vara. Det kan användas för kvantkommunikation. Även om Tailored Photons hållit på i två och ett halvt år och sålde kristaller för en halv miljon kronor i fjol har alla fem grundarna fortfarande kvar sina tidigare heltidsjobb. – Vi är verkligen i en uppstartsfas, säger Carlota Canalias. Företaget har fått en del mjuka pengar från Vinnova och KTH men söker nu en affärsutvecklare som också kan axla rollen som vd. Målet är att skala upp och professionalisera verksamheten. På sikt är det inte omöjligt att företaget också tar fram kompletta moduler med laser, kristall och temperaturstabilisering. För att komma dit behövs uppåt tio miljoner kronor. – Det går inte att vara en startup hur länge som helst. PER HENRICSSON per@etn.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

NEURONNÄT ny nisch för optiska beräkningar Det var inte länge sedan det hajpade elektronikområdet artificiella neuronnät var dödförklarat. Nu tycks det blåsa liv i en annan idé vi gett upp hoppet om – optiska beräkningar.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

Några av forskarnas teoretiska idéer har knoppats av till företag som nu schemalägger sina första skarpa kretsar.

AI-prestanda. Det är snarast svårt att hitta en processor- eller styrkretsmakare idag som inte vill integrera neuronnät. Gott om neuronkärnor finns för licensering, och dussintals uppstartsföretag arbetar på egna kretsar. Nu dammar entreprenörerna även av den gamla idén om optiska beräkningar. U N D E R Å R ATA L av forskning gick det inte ens att få fram en realistisk optisk transistor. Utan transistorer blir det inga NAND-grindar eller motsvarande komponent som krävs för att implementera generell digital logik, en komplett dator. Men en inferens i ett neuronnät är i grunden bara en sekvens matrismultiplikationer – inga iterationer, inga val, ingen minneslagring. Operationen behöver inte ens göras digitalt så alla typer

av analoga datorer har plötsligt blivit intressanta. Att förstärka är att multiplicera och att ackumulera är att summera, för att ta ett exempel. I den optiska domänen kan vi leka med egenskaper som ljusstyrka, pulslängd, frekvens och fasförskjutning. För var och en av dessa har forskarna upptäckt möjligheter att implementera matrismultiplikation – neuronnätens grundläggande operation. Förhoppningen är som förr att optiska beräkningar ska kunna höja prestanda och sänka strömförbrukningen dramatiskt. De optiska och elektroniska domänerna är fundamentalt olika på spännande sätt. Å enda sidan skulle det krävas chips i storlekar som fotbollsplaner för att i en viss optisk teknik bygga något lika komplext som den senaste generationens elektroniska processorer med miljarder

transistorer. Å andra sidan har ljuset egenskaper som ur en elektrons perspektiv är närmast magiska – som att kunna ockupera samma fysiska utrymme utan att störa varandra och till och med kanske utföra samma operationer parallellt på samma fysiska komponent i olika frekvenser. Alla de nya optiska uppslagen stöder inte alla sorters neuronnät, för till exempel deep learning som bygger på gigantiska, svårtränade typer av neuronnät. M E N ÄV E N E N K L A klassiska neuronnät har fått en renässans. Dessutom är deep learning fortfarande såpass färskt att ingen vet vart utvecklingen kommer att gå, ens i stora drag. Det finns alltså goda skäl att fortsätta följa upp alla trådar. Utöver matrismultiplikation behöver en optisk neuronaccelerator kunna konvertera mellan den digitala och den optiska domänen. Den behöver kunna applicera den tröskelfunktion som appliceras mellan varje matrismultiplikation för att undersöka om en neuron gjort ett intressant fynd i sitt indata. Acceleratorn kan också behöva diverse putsning och stöd för att skydda signalerna mot brus, temperaturvariation, över-



▲ ▲

sextio år har vi misslyckats med att bygga en användbar optisk dator. Så det finns en fullt begriplig skepsis. Problemet är att optiska beräkningar aldrig lyckats leverera en komplett generell dator. Men artificiella neuronnät är inga generella datorer. Därför är det inte orimligt att hoppas att något av ett flertal uppslag till optiska neuronnätsacceleratorer faktiskt kommer att kunna lyckas. De gamla förhoppningarna finns kvar om betydligt högre prestanda och energieffektivitet hos optiska än elektroniska beräkningar. Artificiella neuronnät är sedan ett par år elektronikvärldens hetaste nisch. Kring 2011 började underområdet deep learning ge överlägsna resultat för mönsterigenkänning i bland annat bild och ljud. Det satte en snöboll i rullning och idag görs gigantiska satsningar jorden runt på forskning och utveckling. Branschen tror nämligen att artificiell intelligens baserad på djup maskininlärning är något som kommer att behövas precis överallt. Acceleratorer för djupa neuronnät har integrerats i molnservrar, mobilprocessorer och självkörningsdatorer från bland annat Google, Apple och Tesla vilket dramatiskt höjt deras

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

hörning och annat som hotar upplösning och stabilitet. Den behöver också signaltransport som inte läcker. Och vill den vara programmerbar behöver den skrivbart minne, exempelvis fasförändringsteknik lånad från skrivbar DVD. Den utveckling av optoteknik som sker inom datakommunikationsområdet ger en utmärkt grund att stå på – också detta kan vara en faktor bakom att område tycks börja bubbla just nu. Optochips har under de senaste kanske fem åren blivit billig teknik att göra både prototyper och volymproduktion i, bland annat genom att utnyttja äldre processnoder. Y T T E R L I G A R E E N KO M P O N E N T är tekniköverföring från kvantdatorforskning – se där, ytterligare ett till synes hopplöst område som plötsligt kan börja göra nytta. I forskningstidskrifter som Nature och Science ploppar sedan flera år regelbundet

upp nya koncept för optiska neuronacceleratorer. Men det finns ännu långt ifrån ett myller av uppstartsföretag. Utöver de MIT-knoppningar vi berättar om i artikeln intill, har Elektroniktidningen hittat ytterligare tre aktuella bolag som stakat ut en väg till skarpa optiska neuronnätsprokter: Fathom som gör optiska neuronnätsberäkningar i linser, Lighton som gör optisk preprocessning före neuronnätsberäkningar och Optalysys som som gör fouriertransformationer genom att skapa diffraktionsmönster i mikrodisplayer. Det är ett av de äldsta exemplen på optiska beräkningar, och FFT är en vanlig förbehandling innan data slussas vidare till neuronnät – bland annat – Optalysys har även andra tillämpningar. Artificiella neuronnät och optiska beräkningar har haft varsin vinter i kylig skepsis från omgivningen. Nu går de kanske mot en vår tillsammans. JAN TÅNGRING jan@etn.se

Neuronnät som inte drar någon energi En optisk komponent avsedd för kvantdatorer öppnar möjligheten för en neuronnätsaccelerator med svindlande teoretiska prestanda. Forskarteamet splittrades snabbt i två avknoppningsbolag som båda presenterat kretsar och i vår fått finansiering, från Baidu respektive Alphabet.

MIT

-avknopparna Lightmatter och Lightelligence lånar huvudkomponenten till sin optiska neuronnätsacce lerator från en domän med en nästan lika lång historia av misslyckanden bakom sig som optodatorer – kvantdatorer. Det sägs att det som hände var att den färske MIT-doktorn Yichen Shen, satt i publiken när

MIT-doktoranden Nicholas Harris presenterade en optisk komponent för kvantdatorberäkningar. Yichen Shen insåg att komponenten egentligen gjorde en matrismultiplikation, vilket är basoperationen i ett artificiellt neuronnät. De gick till labbet och testade, och lyckades göra en konstruktion som fungerande ganska bra.

Your Professional Partner

for individual solutions in the Nordic countries.

▪ ▪ ▪ ▪ ▪

Detectors

Emitters

Avalanche Photodiodes IR Detectors

Pulsed Laser Diodes Laser Modules UV LEDs cw Laser Diodes

lasercomponents.se

▪ ▪ ▪ ▪

Photodiodes IR Components Photon Counters Lasers Measurement Devices Fiber Optics Optics Motion Control Accessories

2017_LC-Nordic_AZ_Elektroniktidningen_Issue01_182x130.indd 1

Issue 1, publication date 2017-01-30, material dead line 2017-01-09, topic Opto & LEDs



lasercomponents.se 19.12.2016 08:49:26 ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

I april demonsterade MIT-avknopparen Lightelligence en optisk neuron accelerator med prestanda som en pc från år 2000.

Komponenten är en programmerbar Mach–Zehnderinterferometer (MZI). Sådana mäter fasförskjutningen mellan två ljusstrålar. Grundtekniken uppfanns redan 1891. Ett av de matematiska knepen för att utnyttja MZI:ns fasförskjutningsmätning är att byta ut neuronnätets matriser mot en ekvivalent produkt av bland annat rotationsmatriser.

inferensdragning utan också för träning. Eftersom den är så extremt snabb och snål blir ett okonventionellt sätt att träna neuronnät plötsligt realistiskt.

E F T E R AT T D E T VÅ varit huvudförfattare till artikeln i Nature gick de år 2017 skilda vägar och bildade var sitt bolag. Båda har visat upp provkretsar, och nu i vår fick båda ny finansiering. Nicholas Harris bolag Lightmatter släppte sitt andra provI E T T T I D I G T F Ö R S Ö K byggde de chip i slutet av förra året. Det två forskarna ett litet optiskt gjorde uppenbarligen intryck neuronnät med två skikt av 56 på investerarna som i februari MZI:er plus 213 termooptiska hostade upp 33 miljoner fasskiftare. De använde dollar, varav 22 miljoner det för att separera mellan kom från Alphabet. fyra vokaler i talspråk. Lightmatter har idag Experimentet publi23 anställda. Ett skarpt cerades i den ansedda chip för tillämpningar i tidskriften Nature. I moln och superdatorer artikeln tror forskarna är på väg. att det är bandbredden Yichen Shen Yichen Shens bolag på ingången som sätter Lightelligence visade i gränsen för den teoreapril upp ett prototyptiska prestandan. Kan du chip med prestanda som leverera indata i 100 GHz beskrevs som motsvagör kretsen snällt hundra rande en persondator miljarder inferenser per från millennieskiftet. sekund. Och utan att dra någon Nicholas Harris Nästa krets ska ligga i energi alls. Inte för själva matris- nivå med dagens digitala AIacceleratorer och nästnästa ska multiplikationerna i alla fall. lämna den digitala domänen i Energin i digital logik växer dammet bakom sig. kvadratiskt med dimensionen Lightelligence tror att dess förpå matriserna så ju större nät, desto större skillnad skulle MZI- sta tillämpningar blir i servrar – i allt från de stora molnen till det acceleratorn göra. Den skulle företagets eget lokala serverrum. vara upp till tio miljoner gånger Acceleratorn ska levereras på effektivare i de dimensioner som ett PCI Expresskort och företaget gäller för typiska deep-learningsäger sig lägga stora utvecklingsproblem, enligt forskarna. resurser läggs på mjukvaran för Energi går åt till att trigga att göra sig kompatibelt med AIfotodetektorer och driva den standardramverk som Tensormättnadsfunktion som implementerar tröskelfunktionen mel- flow och Caffe. Företaget har 20 anställda i lan matrismultiplikationerna. Boston och fick en finansiering Men den energin växer bara ledd av Baidu, på 11 miljoner linjärt med dimensionen. dollar i februari. Forskarna presenterade även idéer om hur kretsen skulle JAN TÅNGRING jan@etn.se kunna användas inte bara för

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

Vi söker elektronikingenjör med intresse för digitala hårdvarukonstruktioner! Vi söker efter dig som tycker om tanken på att få arbeta med komplexa digitala konstruktioner i teknikens framkant. Hos oss får du arbeta med spännande och utmanade uppdrag åt våra kunder som återfinns inom telekom, medtech, fordons-, försvars- och verkstadsindustrin. Du kommer att jobba in-house eller on-site hos våra kunder. Dina arbetsuppgifter/ansvar • Design och implementation av hårdvaruprodukter • Simulering av signalintegritet • Designintegration och verifiering • Specificera PCB layout • Funktionell integration • Supporta kundproblem och produktionsyieldproblem • Hitta förbättringsmöjligheter och implementera dessa • Följa designprocesser och dokumentera Du kommer att utveckla digitala kretskort enligt följande process:

Låter detta intressant? Läs då mer på:

www.syntronic.com/vacancies-europe

One step ahead

IDA FRIDVALL

Han styr mot styrbara optiska Extremt känsliga, kompakta och billiga optiska detektorer som på sikt kan komma att integreras direkt på en kiselskiva är vad professor Håkan Petterssons forskarteam i Halmstad arbetar med att ta fram i samarbete med forskare vid Lunds universitet. Som extra krydda ska en och samma detektor kunna styras elektriskt så att den blir känslig inom ett visst våglängdsområde. Vägen till en färdig produkt är lång, men målet är att om fyra år ha en första fungerande detektorprototyp i labbet. FAKTA

Finansiering och samarbete Projektet finansieras av Vetenskapsrådet med fyra miljoner kronor över fyra år. Håkan Pettersson, professor i fysik vid Högskolan i Halmstad, leder forskningsarbetet, som sker i nära samarbete med professor Lars Samuelson och professor Magnus Borgström vid Lunds universitet. Komponenterna tillverkas i renrummet Lund NanoLab – som är en del av Lunds universitet – medan elektriska och optiska mätningar görs i forskningslabbet Rydberg Core Laboratory (RCL) vid Högskolan i Halmstad.



januari i år drog projektet igång. Idén är att göra elektriskt avstämbara optiska sensorer som fungerar över ett brett våglängdsområde: från synligt ljus till kortvågig infraröd strålning (SWIR), men även längre ut i det infraröda området – mot 10 µm (LWIR). Grunden i projektet är att bygga vidare på all erfarenhet som mångårig forskning kring optiska sensorer baserad på nanoteknik gett forskarna i Halmstad och Lund. Här handlar det om hur nanotrådar (se text sid 21) kan användas för att skapa elektriskt avstämbara optiska sensorer. En central del i projektet är att bädda in nanotrådarna i ett periodiskt mönster av olika dielektriska material för att skapa

en så kallad fotonisk kristall. Genom att optimera designen skapas resonansfenomen som absorberar den inkommande infraröda strålningen väldigt effektivt inom särskilt utvalda våglängdsområden. – När ir-strålningen kommer in och träffar det periodiska mönstret bryts den på ett särskilt sätt som leder till en kraftig förstärkning av intensiteten särskilt vid långa våglängder, som i sin tur kopplas in i trådarna, förklarar Håkan Pettersson, som leder projektet. Ytterligare en utmaning i projektet är att skapa en detektor vars känslighet för olika våglängder kan styras elektriskt. – Vanligtvis är optiska sensorer två-terminalkomponenter. I

traditionella nanotrådssensorer kontakteras trådarnas båda ändar. För att kunna styra våglängdsområdet kommer trådarna att förses med en tredje gatekontakt. – En utmaning är att utveckla en tillverkningsprocess som förser varje nanotråd med en gatekontakt. Dessutom skall sedan denna design kombineras med den fotoniska kristallen. E F T E R S O M T I L LV E R K N I N G E N är komplicerad och tidskrävande är det viktigt att först göra elektrisk och optisk modellering. Detta arbete är i full gång för att se vilka material som fungerar ihop och ger bäst förstärkning. Samtidigt måste materialen som forskarna väljer fungera ihop med den processutrustning som de har att tillgå. Framåt är planen att göra två uppsättningar sensorer. Dels vill forskarna ta reda på om det går att göra en gate-struktur och switcha sensorn mellan olika våglängder på ett kontrollerat sätt. Dels vill de jämföra resulta-

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

En nanotråd med segment av olika optiska material som syns som en vit streckkod längs med tråden.

200 nm

SMALA TRÅDAR SOM FÖLJER NATUREN Nanotrådar är extremt tunna nålliknande fibrer, tusen gånger tunnare än ett hårstrå. När de skapas tar man hjälp av naturens egna självorganiserande mekanismer.

En fördel med den lilla diametern är att det går att odla segment med olika elektriska och optiska egenskaper längs med tråden i ”sandwich”-strukturer. Det låter sig inte göras i vanliga planära strukturer, eftersom det uppstår spänningar mellan de olika lagren – kristallstrukturerna passar helt enkelt inte

ihop utan olika materialfel uppstår. En annan fördel är att man kan växa miljontals nanotrådar i periodiska mönster och därigenom skapa optiska resonanseffekter. När ljuset kommer in fungerar dessa som en mycket effektiv antenn som absorberar strålningen trots att det är glest mellan trådarna. Genom att kontrollera diametern och avståndet mellan trådarna går det att designa ett nanotrådsmönster som absorberar ljus med en viss våglängd så effektivt som möjligt. Att växa nanotrådar är också

ett sätt att minska på materialåtgången. Om man använder trådar med rätt diameter och avstånd mellan trådarna blir absorptionen i det närmaste lika bra som för en plan och homogen struktur, men man sparar väldigt mycket material. Denna optimering har forskargruppen i Lund lång erfarenhet av. I detta projekt tillverkas sensorer baserade på 100 nm tunna trådar av materialet indiumfosfid, med extremt tunna segment av indiumarsenid fosfid – så kallade kvantdiskar – odlade längs med trådarna.

sensorer av nanotrådar

Ökad tillförlitlighet och minskade mått Kabelmonteringar färdiga att använda Finns med Reverse Fixing Screw-Lok för ökad flexibilitet - Sparar in tid och pengar på verktyg, utbildning och testning

IDA FRIDVALL

- Bakkåpor i metall för maximal dragavlastning och RF-skärmning

En del av en processad optisk sensor, med fyra miljoner sammankopplade nanotrådar.

tet med och utan den fotoniska kristallen. – Vi vill visa att det fungerar likadant i båda fall, men att sensorsignalen blir mycket bättre vid de långa våglängderna tack vare den fotoniska kristallen. Under projektets fyra år ska en detektorprototyp som fungerar tas fram. Vad som sker därefter är ett oskrivet kapitel, men Håkan Pettersson tror att forskningen kan bana väg för nya typer av optiska komponenter inom framtidens elektronikindustri. – Inom tio år borde det vara rimligt att tekniken kan byggas in i mer smarta lösningar, exempelvis drönare, småsatelliter eller andra tillämpningar, säger han. ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

- Upp till 45% mindre och 75% lättare än Micro-D

I Håkans hand syns en så kallad DIL-provhållare, med metallben, som sensorn är monterad i.

Sensorerna kan enkelt göras som matriser med pixlar. Nanotrådarna kan dessutom odlas vid temperaturer som är kompatibla med den termiska budgeten för CMOS, så åtminstone teoretiskt går det att odla sensorerna direkt på en processad kiselwafer. D E T S K U L L E B Ä D D A för flexibla, kompakta, känsliga, billiga, energisnåla detektorer som kan integreras med annan kiselteknik. Placerad på en drönare eller liten satellit kan en sådan sensor hantera flera olika funktioner. – Uppe i luften skulle man kunna använda sensorn för optisk kommunikation med en markstation eller mellan små

- Motstår extrema stötar, vibrationer och temperaturer

samverkande satelliter vid vissa våglängder. Sedan kan man ställa om den elektriskt för att istället mäta till exempel utsläpp av växthusgaser eller för annan övervakning vid helt andra våglängder. Därefter switchar man tillbaka till kommunikationsläge, så att en integrerad transceiver kan skicka data, säger Håkan Pettersson och tillägger: – Kanske går det också att driva detektorn med integrerade nanotrådssolceller på samma chip och kombinera sensorenheten med lite AI och annat. Konceptet är jättefräckt, om jag får säga det själv, skrattar han.

- Excellenta utgasningsegenskaper

www.harwin.com/ gecko-sl

ANNA WENNBERG anna@etn.se

Harwin Gecko-SL Sweden Apr 19.indd 1



01/04/2019 11:41

PE R

R TA T

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

UV-dioder kan lösa ett av

– rent vatten

IKEL

Laser Components erbjuder kompletta vattentäta paket för UV-C LED med optiska effekter upp till 100 mW.



ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

mänsklighetens största problem

ätten till rent dricksvatten har varit en del av FN:s deklaration om de mänskliga rättigheterna sedan juli 2010.1) Enligt uppskattningar från FN och WHO saknade trots det omkring 600 miljoner människor tillgång till rent vatten år 2015.2) Centrala vattendepåer av den typ som är vanlig i industrialiserade länder är normalt besvärliga att få till stånd i fattiga länder, eftersom vatten i tredje världen ofta kommer från brunnar i byarna eller från närliggande sjöar och floder. PATO G E N A Ä M N E N G Ö R D O C K dessa naturliga vattenkällor farliga och vattnet därifrån olämpligt att dricka. Det uppskattas att omkring 25 procent av världens barn under fem års ålder dör i förtid av orsaker som kan härledas till miljöfaktorer, till exempel smutsigt vatten och dålig hygien. Ordentliga avlopp, reningsverk och andra åtgärder som används i den industrialiserade världen har ofta en begränsad effekt i fattiga länder där en gemensam, central VA hantering saknas. Sådana länder kan få betydande hjälp genom användningen av portabla system. Lysdioder för UV-ljus (UV-LEDs) kan spela en avgörande roll i sådana system. A N VÄ N D N I N G E N AV B L ÅV I O L E T TA lysdioder, och i synnerhet lysdioder med stark uteffekt i UV, är inte begränsade till belysning eller liknande. UV-lysdioder kan till exempel ersätta dyra och energikrävande UV-källor i applikationer som UV-härdning, processer som körs 1) 2)

Av Mikael Winters, Laser Components Nordic Mikael Winters är sedan 2014 vd för Laser Components Nordic. Han har en bakgrund inom fysikalisk kemi och har arbetat inom fotonik sedan 2007.

dygnet runt och därför behöver stabilitet, tillförlitlighet och energieffektivitet. Vattenrening är ett annat område där UV-lysdioder kan komma att spela en viktig roll. Förutom reningsverk med mekaniska, biologiska och kemiska reningsprocesser används nu ofta UV-belysning vid sanering. Inom detta användningsområde kan UV-C lysdioder stå för en teknisk revolution och göra ett stort bidrag inom hjälparbetet för världens fattiga länder. I N O M B I O LO G I O C H S T R Å L S K YD D klassificeras UV-källor typiskt i tre olika kategorier (Bild 2): UV-A (315–400 nm), UV-B (280–315 nm) och UV-C (100–280 nm). Det är framförallt högenergi-strålningen från UV-C-bandet som absorberas av DNA- och RNA-strängar och resulterar i aggregation av nukleotids ekvenserna. Detta förhindrar reproduktion av celler eller dödar dem helt och hållet. I naturen absorberas dessa strålar av ozonskik-

Vgl.: www.un.org/waterforlifedecade/human_right_to_water.shtml Vgl.: UN-Water global analysis and assessment of sanitation and drinking-water (GLAAS) 2017 report: financing universal water, sanitation and hygiene under the sustainable development goals. Geneva: World Health Organization; 2017. Licence: CC BY-NC-SA 3.0 IGO., S.iv (http://apps.who.int/iris/ bitstream/10665/254999/1/9789241512190-eng.pdf?ua=1)

FAKTA

Bandgapet bestämmer våglängden En lysdiod (LED) är en solid-state halvledare, som har en p-n-junction (även kallad aktiv region). En p-n-junction bildas när en halvledare av p-typ sätts i kontakt med en halvledare av n-typ. Koncentrationsgradienten mellan dem gör så att hålen på p-sidan och elektronerna på n-sidan diffunderar mot p-n-klyftan, vilket resulterar i en ackumulation av negativa laddningar på p-sidan och positiva laddningar på n-sidan. Elektronerna i strömflödet kombineras med hål på p-sidan och överskottsenergin frigörs i form av ljus och värme. Skillnaden i energinivåerna mellan ledningsbandet och valensbandet, det så kallade ”bandgapet”, bestämmer hur mycket energi som släpps ut, det vill säga våglängden (färgen) på det ljus som emitteras.

Familjeföretag Laser Components är ett familjeägt företag som sedan tidigt 80-tal arbetat inom optoelektronik och idag är en ledande aktör inom fotonik och framförallt laserbaserad utrustning. Sedan 2014 är Laser Components Nordic gruppens säljkontor för den nordiska marknaden och ansvarar även för distribution av UV LED från LG Innotek i Norden.

tet i vår atmosfär, vilket skyddar allt levande mot risken att exponeras av UV-C strålning. På grund av detta har mikroorganismer inga egna mekanismer för att överleva denna strålning och de kan därför dödas genom artificiell UV-C-strålning. Strålningsenergi nivåerna måste vara ungefär 1,0–30,5 mJ/ cm2 för att effektivt döda mikroorganismer och rena vatten i en typisk reaktordesign. Lågtrycks kvicksilverlampor har i flera årtionden använts i laboratorier och livsmedelsindustrin för sterilisering. Dessa UV-strålkällor är visserligen mycket kraftfulla men ömtåliga och därmed svåra att använda i fält. De har en jämförelsevis kort livslängd, kräver växelström och omvandlar mycket energi till värme. Dessutom skall det giftiga kvicksilvret i lamporna tas om hand och detta kan vara komplicerat och dyrt. PÅ G R U N D AV D E T TA anses UV-C lysdioder vara mycket intressanta som alternativa strålningskällor. De har lång livslängd, är robusta, och innehåller inte skadliga ämnen som riskerar att komma ut. De kan drivas med batterier eller solceller. Tack vare dessa egenskaper har de gjort mobila lösningar möjliga för första gången och tillåter att ”strålterapi” utförs nära brukaren. UV-C lysdioder har därmed potential att förbättra livskvaliteten hos miljontals människor. Att designa en vattenreningsreaktor på ett optimalt sätt kräver att en del praktiska problem blir lösta. En ensam UV-lysdiod ger ofta inte tillräckligt med optisk effekt för vattenbehandling i industriell skala. Det är därför nödvändigt att arrangera flera UVlysdioder i en matrisstruktur för att möta intensitetsbehovet, utan att kompromissa med behovet av en kompakt och eventuellt bärbar design. VÄ R M E H A N T E R I N G Ä R V I K T I G T, eftersom UV-lysdioder på flera sätt är känsliga för ackumulerad värme. För det första rödskiftar lysdiodens spektrum vid förhöjda temperaturer och värme kan alltså minska effektiviteten i själva reningsprocessen. För det



▲ ▲

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

Den aktiva ytan av en UV LED ligger ovanpå ett litet halvledarchip (Bild 1). Chippet tillverkas genom att låta materialet växa skikt för skikt (normalt n-lager först och sedan p-lager) ovanpå ett safirsubstrat. Skikten deponeras genom metallorganisk ångfasepitaxi för att göra en epitaxiell wafer, vilken därefter delas upp i chips. UV-lysdioder är vanligtvis antingen förpackade som en transistor, ytmonterade eller med en chip-on-board-design (COB). COB förväntas bli den mest populära förpackningsmetoden på grund av sin kompakta design, effektiva värmeavledning och möjligheten att ha många chip på varje PCB. Det färdiga UV LED-paketet kan också innehålla ett flertal anslutningsmöjligheter, ett optiskt fönster/lins, kylfläns, och eventuellt även annan funktionalitet.

FAKTA

PE R

R TA T

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

andra påverkar värmen lysdiodens livslängd på ett negativt sätt. Eftersom reaktorerna typiskt är en flödescelldesign, kan själva vattnet ge en viss kylningseffekt vilket kan lösa en del av problemet. Problemet kan också förebyggas redan i designfasen, genom att använda en ”flipchip” design eller genom användning av ytstrukturering av chippen. Aktiv eller passiv kylning kan införlivas i förpackningen, för att ytterligare bidra till att leda bort överskottsvärme. Designern kan också ta itu med proble-

IKEL

Kraftfulla UV-C LED kan bland annat användas inom medicinsk fotometri, bioteknologi och sterilisering.

met genom det sätt som LED-lampan drivs. Liksom andra halvledare har UV-lysdioder ett speciellt ström-/spänningsförhållande, vilket innebär att UV-lysdioder behöver en konstant ström men inte en konstant spänning för att fungera optimalt. Utgångseffekten är vanligtvis linjärt korrelerad med fram-

FAKTA

Började med rött LED-tekniken är inte helt ny. De första stegen togs redan i början av 1900-talet när elektroluminescens upptäcktes, även om detta till att börja med mest var en kuriositet som bara rapporterades i vetenskapliga publikationer. I och med användandet av galliumarsenid (GaAs) kom världens första röda lysdiod i slutet av 1950-talet. Därmed fanns förutsättningar för en mer utbredd användning av lysdioder, till exempel som indikatorer i olika elektroniska apparater, inklusive hushållsapparater.

bland annat med deras framgångsrika uppfinning av ”a new energy efficient and environment-friendly light source – the blue light-emitting diode (LED).” Detta var omgivet av viss kontrovers, eftersom andra grupper över världen hade rapporterat om blåa lysdioder tidigare. Men år 1986 var Akasaki och Amano de första som lyckades skapa en högkvalitativ GaNkristall genom att placera ett lager aluminium nitrid (AlN) på ett safirsubstrat och sedan odla en högkvalitativ galliumnitrid ovanpå den.

I slutet av 60-talet inleddes m assproduktion, vilket öppnade dörrar för en fortsatt aktiv utveckling och i flera årtionden arbetades det intensivt med att förbättra lysdiodernas optiska effekt och vidga deras spektrum. En blåviolett LED tillverkad av galliumnitrid (GaN) rapporterades först gången 1972. Men med den teknik som var tillgänglig vid den tiden var det svårt att få bra kristalltillväxt och utsignalen från enheterna var svag. Det skulle ta ytterligare 20 år innan blåa lysdioder med hög ljusstyrka samtidigt kunde rapporteras av flera grupper.

Några år senare kunde Nakamura också framgångsrikt demonstrera sin blå LED, med ett något annorlunda tillvägagångssätt, men med samma höga effektivitet. Dessutom tillhanda höll Nakamura en teoretisk förklaring till framgången för p-typskiktet som användes av de två grupperna. Tillsammans var deras arbete ett stort steg framåt i tekniken och det banade dessutom vägen för konstruktionen av vita LED-enheter. Detta är en av grundstenarna för den enorma utvecklingen som idag ses i belysningsindustrin, en revolution som till stor del bygger på uppfinningen av blåvioletta lysdioder med hög ljusstyrka.

2014 fick Isamu Akasaki, Hiroshi Amano och Shuji Nakamura Nobelpriset vilket motiverades

strömmen. Emellertid kommer mer värme att genereras med ökande framström och chiptemperaturen kommer att öka. Ökningen i temperaturen resulterar då i en minskning av framspänning samt strålningsflödet. Det är därför viktigt att hålla sig inom LED tillverkarens specifikationer och inte driva enheten utom specifikation. M E R F O R S K N I N G B E H Ö V S också för att öka vår förståelse för hur förhållandet ser ut mellan ljusbilden från en enda UV-LED eller från en UV-LED-grupp och den UV dos som levereras till den belysta vattenvolymen. De speciella egenskaperna och möjligheten att forma lysdiodernas strålningsmönster ger konstruktören unika sätt att tänka nytt när det gäller reaktordesign. Till sist finns det idag mycket lite information om skillnader mellan konventionella UV-lampor och UV-LED-baserade reaktorer när det gäller hur lampytor smutsas ner under drift och vilka eventuellt nya och kanske effektivare rengöringsmetoder som kan komma att användas. Även detta är något som måste beaktas vid konstruktion och drift av en UV-LED-modul för vattenbehandling både inom industriell VA teknik och för mindre portabla enheter. S A M M A N FAT T N I N G S V I S visar UV-C-LED-lampor stor potential som komponent i kompakta mobila vattenreningsverk. De är robusta, energieffektiva och har lång livslängd, vilket sammantaget gör dem till en idealisk komponent för att klara det globala behovet av rent vatten för alla. n

Bli medlem i SER nu! SER är föreningen för Sveriges Elektro-, Data- och IT-ingenjörer. Vi arrangerar studiebesök, föredrag och seminarier för våra medlemmar där du får möjlighet att höra det senaste inom olika teknikområden. Genom oss kan du utöka ditt kontaktnät och möta nya intressanta företag. I medlemskapet ingår även Elektroniktidningen, Nordisk Energi samt vår egen medlemstidning Elteknik. Läs mer om oss på www.ser.se Du kan även mejla oss på ser@ser.se



ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

PE R

R TA T

Fixar arbetsljus till mysbelysning

Ljusmagi med D2M IKEL

Av Stefan Larsson, Optoga

Stefan Larsson är vd för Arbogaföretaget Optoga, som han grundade år

Optogas LED-modul Clara AC D2W är baserad på en fyrkanalig driverkrets samt 31 stycken LED-chip uppdelade i fyra kluster.

2004. Optoga skapar belysningslösningar för en mängd olika områden – exempelvis för operationssalar, fordon och hotell. Optoga är först i världen att erbjuda LED-moduler med integrerat drivsteg, både i lågvolt och i 230 Vac. Stefan Larsson startade som elektriker, men vidareutbildade sig inom elektronik, fysik och marknadsekonomi. Han kommer ursprungligen från Täby, men flyttade till Arboga för kärleken.

änk dig en LED- belysning som är attraktiv att användas på exempelvis ett hotell. Den ska uppfylla helt olika behov vid olika tillfällen. Den ska fungera vid frukost på morgonen, på konferensen dagtid och på kvällen i baren – och i varje ögonblick fungera klanderfritt Här kommer tekniken Dim to Warm (D2W) in.

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

E N L I N S E L L E R E N R E F L E K TO R används oftast för att styra ljuset från lysdioden så att det blir mer riktat. Linsen skapar en avbild av själva ljuskällan. Om det finns ett fel i ljus källan – i detta fall lysdioden – kommer det att visa sig som en avspegling i ljusstrålen. Här använder sig Optoga av flera olika färgtoner, och om inte allt gjorts korrekt från början blir det fel i avspeglingen, vilket kommer att synas (se illustration sid 27). För att kunna leverera en jämn ljusbild har Optoga använt sig av 31 stycken lysdioder med bredare spridningsvinkel än normalt,



▲ ▲

OPTOGA

E N L E D - M O D U L som använder D2W-teknik är en ljuskälla som kan ändra färgnyans, från skarpt vittljus till väldigt varmvitt ljus. Kanske man kan säga att en sådan ljuskälla finns till för att uppnå en känslomässig form av tillfredställelse, lugn och harmoni under dagens olika skeden. Den kan användas som normal ljuskälla, för att ge bra arbetsljus, men den kan också ge känslan av läger eldens rörelser eller solnedgångens vackra ljuston. Mjukt, varmt och välkomnande. Optoga, som utvecklar lysdiodsmodul, har tagit fram LED-modulen Clara AC. Det är en D2W-lösning som blandar två typer av ljusfärger, och emitterar olika mängder ljus vid olika tillfällen. När modulen lyser odimmat så emitterar den de båda ljusfärgerna med full mängd ljus som blandas optimalt. När den sedan dimmas får den successivt en varmare färgton.

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

PE R

R TA T

just för att det emitterade ljuset ska blanda upp sig innan det leds in i linsen. Att så sker är otroligt viktigt för att kompensera avspeglingseffekten ur optiken. Det är också viktigt att centrera det mer varmvita ljuset, då det ger en bättre uppblandad ljustemperatur – se lysdioderna som är lite mer orange i bilden överst sid 25. AC i namnet Clara AC D2W indikerar att modulen kan driva LED-matrisen med 230 V direkt från elnätet. Modulen är baserad på en fyrkanalig drivkrets, och grupperar de 31 LED-chipen i fyra kluster (se figur sid 25). Drivkretsen följer kurvformen hos växelspänningen (230 Vac) och tänder respektive LED-kluster allteftersom inspänningen ökar. När spänningen passerar nollgenomgången och har nått över tändspänningen för första klustret (de övre chipen), sänker kretsen första kanalen till jord och de första (övre) sex chipen tänds.

OPTOGA

IKEL

N Ä R N ÄT S PÄ N N I N G E N S E D A N ökat och ligger över tändspänningen för två LED-kluster i serie, stänger drivaren av den första kanalen och startar den andra kanalen. Både den översta och näst-översta LED-gruppen lyser. När spänningen ökat ytterligare byter

När färgtemperaturen varierar mellan 2200 K och 3000 K innebär det att man går från att erbjuda en varm och välkomnande atmosfär till en bra arbetsbelysning.

drivaren kanal från 2 till 3, varmed de tre översta klustren lyser. När nätspänningen sedan överskrider tändspänningen för alla fyra kluster i serie, startas sista kanalen och kanal 3 stängs av. När nätspänningen passerat maxvärdet och börjat sjunka igen, sker processen omvänt. Den beskrivna tekniken utnyttjas i Clara AC D2W, i samband med fasvinkeldimming. I den översta gruppen av lysdioder – det första LED-klustret – används 2 000 K-chip

NOW!

asier

en e v e W O N g n rderi

via

Drag & Dro

(mycket varmvit ljustemperatur). De övriga grupperna kan sedan blandas upp med successivt kallare färgtemperaturer: 3 000, 4 000 eller 5 000 K. När dimmern kör låga effektpådrag når tändspänningen aldrig så högt att alla LEDkluster tänds utan enbart det första (eller första+andra osv). Gången kan förklaras så att ju lägre effektpådrag desto varmare färgtemperatur (CCT). När man sedan dimmar allt mindre tänds allt fler kluster, och succes-

with > 40,000 customers Europe‘s largest prototype manufacturer

+ * supported ﬁle formats

PCB-POOL® is a registered trademark of

Give it a try: www.beta-layout.com



ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

I D AG Ä R D A L I den kommunikationsstandard för belysningssystem som är helt dominerande i professionella sammanhang, och det Optoga använder i sin modul. Den är trådbunden, mycket stabil och väldigt utbredd i framförallt Europa. Genom DALI går det enkelt att steglöst styra en eller flera armaturer oberoende av varandra från hundra procent till en procent. Likaså går det att lägga till förprogrammerade belysningsscenarier till systemet. Inom kort kommer ett nytt protokoll inom DALI-systemet, som stödjer AC-lösningar. Modulen Clara AC kan, som sagt, drivas med växelspänning direkt från elnätet. Men modulen genom att ändra elektroniken i den kan den även fås att fungera med lågvoltslösningar. Det är däremot enligt Optoga otroligt viktigt att det är enkelt att installera en modul utan krav på extra påbyggnation. Idag drivs alla armaturer i Sverige med 230 Vac. n

OPTOGA

sivt blir färgtemperaturen allt mer uppblandad. DALI är ett digitalt adresserbart ljusgränssnitt introducerat under slutet av 1990-talet. Genom åren har det genomgått stora förändringar, med utökad räckvidd och förbättrad effektivitet.

Här beskriver Optoga förenklat hur viktigt det är med en korrekt LED-chipstruktur under linsen.

Från Idé till Produkt Elektronikdesign, EMC test, Produktion Utveckling Hårdvara Mjukvara

Produktion

SMD Hålmontering Slutmontering

EMC

Ackrediterat lab Filter design Filterproduktion

Test

Klimat Mekanisk

KEMET Electronics AB • Thörnblads väg 6 • 386 90 Färjestaden • Telefon 0485-563900 • www.kemet.com/Dectron

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19



Av Michael Marwell, Digi-Key Michael Marwell är chef för digital teknisk marknadsföring på Digi-Key

i EMEA. Efter sin tyska ingenjörsexamen påbörjade han sin karriär som utvecklingsingenjör för behörighetskontrollsystem, följt av olika befattningar inom applikationshjälp för leverantörer och distributörer. På sin fritid gillar han att fotografera och fixa med elektronikenheter.

rade på någon form av en solid platta, exempelvis ett kretskort. Digi-Key erbjuder flera varianter av LED-moduler, tillgängliga direkt i lager. Specifikationerna för exempelvis tempe ratur, spänning, effekt och andra parametrar gjorde att jag valde LED-modulen SI-B8T06128CWW från Samsung Semiconductor. Färgtemperaturen på 4 000 K ger lagom varmt ljus för både min och min frus smak. Kortspänningen är 12 V men den faktiska spänningen är normalt sett högre än 12 V. Laddarna och generatorn levererar upp till 14,7 V beroende på batteriteknik och inställd laddningskurva. Ansluts modulen direkt till kortets integrerade strömförsörjning (via en strömbrytare) finns det risk för att alltför hög spänning leder till för hög temperatur, vilket kan göra att LED-modulen slutar fungera tillförlitligt och att den – så småningom – går sönder. Jag behöver därför en lämplig LED-drivare. Och eftersom jag uppskattar dimringsbara ljuskällor, ska LED-drivaren vara dimringsbar.

Vår nya, gamla husbil.



Jag har ganska goda kunskaper om LEDdimring men helt säkert finns det många fler aspekter att ta hänsyn till än vad jag kan komma på. Teknikartikeln ”How to Dim an LED Without Compromising Light Quality” (Så dimrar du LED-belysning utan försämrad ljuskvalitet) är ett perfekt ställe att lära sig mer om ämnet. I S LU TÄ N D A N B E S TÄ M D E J AG mig dock för att använda en färdig lösning i stället för att bygga kretsen själv. Digi-Key erbjuder flera LED-drivare för både kortmontering och extern montering. Jag valde RBD-12-0.50/W från Recom Power, baserat på kriterier för dimringsmöjlighet, strömbegränsningar, ingångspänning och möjlighet att ”spara” ett kretskort: Den valda LED-drivaren har kablar som kan anslutas till LED-modulen och de befintliga kablarna. Drivaren ger möjlighet att justera ljusstyrkan, antingen med en enkel potentiometer eller med en PWM-kontroll, och är dessutom av buck-boost-typ, vilket innebär att batterispänningen inte begränsas. Jag anslöt komponenterna till strömförsörjningen i mitt försökslabb. Vid ett första försök med LED-modulen direkt ansluten till strömförsörjningen, ökade strömmen kraftigt – och även LED-lampornas ljusstyrka – när jag ökade spänningen från 10 V till 15,5 V. Eftersom modulerna inte är specificerade för 15,5 V testade jag det här bara snabbt, för att se om mina aningar stämde. Jag rekommenderar inte att testet utförs, eftersom LED-modulen blir ganska varm efter bara en kort stund.

MICHAEL MARWELL

D E T E N K L A S T E A LT E R N AT I V E T skulle vara att helt enkelt installera en 12 V LED-list, så skulle allt vara ordnat. Men om LED-lamporna ska leverera bra belysning under lång tid är det inte fullt så enkelt: LED-lampor kan bli rejält varma, vilket innebär att de inte bör fästas direkt mot trä, utan istället mot en metallprofil som håller ner temperaturen. Jag har använt LED-lister tidigare och då har det inte gått så bra eftersom värmen löste upp limmet, så att LED-listen lossnade från underlaget. Därför föredrar jag LED-moduler monte-

IKEL

örra året köpte jag och min fru en gammal husbil, och – som man kan vänta sig av äldre bilar – var belysningen inte direkt modern. Den begagnade husbilen – vår nya leksak – har 29 år på nacken, vilket också gäller tekniken inuti. De gamla lamporna ger ett dämpat sken, vilket kan vara mysigt när man ska ha äta romantisk middag tillsammans, men är mindre bra om man vill spela spel eller läsa. Vill vi ha tänt i hela bilen är systemet dessutom gans ka energikrävande. Bor vi på en campingplats med tillgång till eluttag är strömförsörjningen inget större problem. Men i år tänker vi köra ned till R umänien och ställa husbilen några nätter ute i det fria, för att komma nära naturen. Då måste lamporna drivas med batteri. Jag vill därför ha bästa möjliga belysning med lägsta möjliga elförbrukning. Min lösning blir att byta till LED-lampor.

PE R

R TA T

Ny belysning i vår gamla husbil

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

I E T T A N D R A F Ö R S Ö K anslöt jag LED-drivaren till LED-modulen, isolerade drivarens kabeländar och provade igen att öka spänningen från 10 V till 15,5 V vid strömförsörjningen. Resultatet motsvarade mina förväntningar helt. Såvitt jag kunde bedöma gav LED-lam-

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

DIGI-KEY ELEC TRONICS

TEMA: OPTO, LED OCH DISPLAYER

Inkopplat för enkel testning.

porna konstant belysning över hela ingångsspänningsområdet. Uppmätt spänning vid LED-modulen var konstant 12 V oberoende av ingångsspänningen. Jag mätte inte LED-drivarens utgångsström, men ingångsströmmen minskade från cirka 600 mA vid 10 V till cirka 400 mA vid 15 V i det förväntade området. I ett tredje försök kopplade jag in en potentiometer mellan LED-drivarens referensspänningsutgång och jordpunkten, och anslöt stiftet till LED-drivarens analoga dimmerledning. Att justera lampans ljusstyrka

fungerade då direkt, men bara inom en del av potentiometerns rörelseområde. I ungefär hälften av potentiometerns rörelseområde lyste LED-enheten med full ljusstyrka. O R S A K E N H I T TA D E J AG direkt i databladet. Redan vid 1,5 V på analogingången regleras utgångsströmmen till 100 procent. Eftersom referensspänningsutgången levererar 5 V ser potentiometern till att reglera spänningen från 0 V till 5 V. Jag löste det genom att placera en resistor mellan potentiometern och referensspänningsutgången. Sedan kunde

jag utan problem använda potentiometern för att justera belysningen över hela området. För att förhindra överbelastning av referensspänningsutgången använde jag en 27 kOhm-resistor och en 10 kOhm-potentiometer. Tills vidare är jag nöjd med att använda analog dimring, så därför använde jag inte PWM-ingången. Men kanske kommer jag att vilja uppgradera systemet senare, genom att dimra lamporna via en PWM-krets. Då kommer jag att kunna göra det, utan att behöva bygga om hela systemet. n

Fjäderklämlister för kretskortsmontage

Utrymmessnåla don för överföring av signaler, data och nätspänning till kretskortet. Kontakterna finns både för fast anslutning på kortet, och i pluggbart utförande. Kan levereras i en mängd olika rastermått och poltal. Kabelanslutning med fjäderklämmor, traditionell skruvanslutning eller via IDC-anslutning. Kontakta oss gärna för mer info.

08-97 00 70 info@elproman.se www.elproman.se

182x66_metz_2018.indd 1 ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

2018-01-26 14:34:16



NYA PRODUKTER

Liten FPGA som vill vara din säkra hamn ID-numret är kopplat till en engångsnyckel som kan användas för att programmera om den. Ytterligare en säkerhetsfunktion är att det går att tömma kretsarna när de inte används mer.

n HACKERSKYDD Så fort något kopplas upp till nätet kommer det att utsättas för hackerattacker. Redan vid tillverkningen finns det risk för stöld av designen eller manipulation. Lattice svar stavas MachXO3D, en liten FPGA som vill utgöra en säker hamn för uppkopplade prylar.

– Kunderna har börjat fundera på hårdvarunivå för att lösa säkerheten och med MachXO3D är det första gången en liten FPGA kan ta på sig uppgiften, säger Gordon Hands på Lattice. MachXO3D har inte mer än 4 000 eller 9 000 uppslagstabeller, men är tänkt att vara den krets som startas först och sedan sparkar igång övriga delar av kortet i en förutbestämd ordning. Den är också den sista kretsen som slocknar när kortet stängs av. – Den är designad enligt NIST SP 800 193 och säkrar all firmware i systemet.

Processen sker i tre steg. FPGA:an kontrollerar den firmware som laddas in i processorn och andra komponenter under uppstart. Under drift övervakar den att det inte sker otillåtna skrivningar i den del av minnet där firmware laddats, och när kortet stängs av övervakar

FPGA:an processen och ser till att inget otillåtet händer. – Varje krets får ett unikt ID-nummer som skapas vid tillverkningen. Som tillval kan man låsa kretsarna innan de lämnar fabriken genom att stänga av programmeringsportarna, säger Gordon Hands.

P R O G R A M M E T som körs i MachXO3D laddas vid tillverkningen i ett internt flashminne på 2,7 Mbit vilket minskar riskerna vid uppstart. I det interna minnet kan man också lägga kopior av annan firmware som FPGA:an kan använda om den upptäcker fel i firmware hos någon av de andra komponenterna på kortet. Alternativt kan den flagga felet och stoppa kortet. Vidare finns hårda block som stödjer kryptering enligt ECC, AES, SHA och PKC. MachXO3D är benkompatibel med de äldre MachXO och kommer i provexemplar under hösten.

PER HENRICSSON per@etn.se

En FPGA för maskininlärning och snabb kommunikation n AI-EXPERT FPGA-delen finns kvar men har kompletterats med maskininlärningsblock och en NOC för att routa signalerna lika effektivt som i en asic. Det handlar om Speedster 7t, Achronix nya ”FPGA” som ska tillverkas hos TSMC i en 7nmprocess.

lager högre upp i stacken och kan programmeras för att skapa snabba förbindelser mellan olika delar av kretsen eller koppla samman en port med en viss del av kretsen. – Det är lite som att ta motor vägen mellan två stadsdelar istället för att köra i stan där man måsta stanna i varje gathörn.

Kommunikation har länge varit den största marknaden för FPGA:er men AI har snabbt seglat upp som en allvarlig utmanare. Det gäller både tillämpningar i datacenter och ute i noderna. – FPGA-marknaden var värd fem miljarder dollar i fjol. AI-tilllämpningar utgjorde ungefär 40 procent av det. Tillväxten för AI enligt Semico Research kommer att vara knappt 40 procent per år så det är ett viktigt område, säger Steve Mensor på Achronix. Speedster 7t är ett tydligt tecken på att Achronix vill ta en rejäl bit av den kakan. I botten finns företagets sexvägs uppslagstabeller i den programmerbara logiken som fått sällskap av en ny typ

S P E E D S T E R 7 T har också begåvats med upp till 72 snabba transceivrar som klarar upp till 112 Gbit per sekund. Därmed kan man koppla kretsen till DRAM av den senaste typen, GDDR6, men även till snabba bussar som 400G Ethernet och PCI Express Gen5. Speedster 7t kommer med 363k till 2,6M sexvägs uppslags tabeller. Minnet går från 100 Mbit till 385 Mbit. Det första kretsarna förväntas komma under fjärde kvartalet och levereras på utvärderingskort. Företagets utvecklingsverktyg ACE stöder dock redan idag den nya familjen.



av block kallad MLP (Machine Learning Processor) för att underlätta AI-beräkningarna. D E NYA M L P - B LO C K E N kan ses som en kombination av tre element som redan finns i FPGA:erna: DSP-block, logik och minne. I MLP:n har de kopplats ihop och optimerats för AI- och ML-uppgifter. Därmed kan de komma runt problemet som finns i vanliga FPGA:er med att routingen begränsar klockhastigheten. – De kan klockas med 750 MHz. I MLP:n finns upp till 32 DSPblock plus Block RAM på 72 kbit och register på 2 kbit.

Dessutom är MLP:erna anpassade för AI genom att klara både flyttal och heltal. Repertoaren består av FP16, FP24, BFloat 16, Block Float 16 och 12 liksom Int16, Int8 och Int4. E N A N N A N NYH E T är NOC:en, network on a chip, för att skapa snabba förbindelser mellan olika delar av kretsen. – Man kan alltid routa signaler via FPGA:an men det är långsamt. Man kommer sällan över 100 MHz i klockhastighet trots att kretsen klarar betydligt mer, säger Steve Mensor. NOC:en ligger i ett separat

PER HENRICSSON per@etn.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

NYA PRODUKTER

Nu kan du hacka Mips n VERKTYG Wave Computing släpper verktyg som låter dig konstruera systemkretsar kring företagets gratisarkitektur Mips.

När Wave i december sänkte priset till noll för den senaste Mips-versionen R6, var det mest teoretiskt. Det betydde att det stod vem som helst fritt att utveckla processorer som använde Mips R6. Nu släpper Wave verktyg som gör det möjligt att sätta igång och utveckla.

INS som pressar priset n TRÖGHETSNAVIGERING Nederländska Xsens erbjuder prover av en ny serie minimala tröghetsnavigeringsmoduler – Inertial Navigation System (INS) – som i realtid ger position, hastighet och riktning med hög precision. Industriprestanda, med ny accelerometer, gyro och magnetometer, egenutvecklade algoritmer för sensorfusion och adderade gränssnitt, är vad företaget påstår sig erbjuda.

Pris och prestanda är två ledord för Xsens, när företaget utvecklat en ny serie tröghetsnavigerings-

moduler tänkta för exempelvis drönare, autonoma fordon, robotar och UAV:er. F Ö R AT T U P P F YL L A båda har företaget handplockat nya accelerometrar, gyron och magnetomet rar och slipat på sina algoritmer för sensorfusion. Resultatet är MTi-600-serien, som kommer i fyra familjemedlemmar som är 31,5 × 28,0 × 13 mm och den billigaste går att få för under 300 euro. Den mest avancerade modulen – MTi-670 – mäter vridning längs x- och y-axeln (roll/pitch) med en noggrannhet på ± 0,2 grader.

Medan mätningen av den sista rörelseaxeln, runt z-axeln (yaw), tar stöd av signaler från en extern GNSS-mottagare och når då en noggrannhet på ± 0,1 grad. E T T F L E R TA L G R Ä N S S N I T T går att välja som standard till MTi-600serien – här ingår RS232, Uart och numera även Can samt ett NMEA-kompatibelt gränssitt för GNSS-mottagare. För tillfället går det att få prover av de olika modulerna i serien, medan planen är att volymproduktionen ska vara i gång i juli. ANNA WENNBERG

anna@etn.se

Fler decibel och färre ampere n LORAN-MODUL Högre uteffekt, bättre mottagning, lägre strömförbrukning och billigare – det gäller för två nya serier Lora-moduler i distributören RS Components sortiment.

Lora är ett IoT-radioprotokoll med låg bandbredd, lång räckvidd och låg strömförbrukning. Modulerna kommer från RF Solutions och är avsedda för IoTtillämpningar. Serien Lambda62 använder frekvensbandet 868/915 MHz och har en uteffekt på +22 dBm, vilket motsvarar en ökning på +2dBm jämfört med tidigare moduler. Modulerna erbjuder ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

också bättre mottagningsprestanda, med –148 dBm jämfört med tidigare –137 dBm. Modulerna har dessutom betydligt lägre strömförbrukning på – 4,6 mA i Lora transceiverläget jämfört med 10 mA. Och så är de billigare. De har samma stiftkonfiguration och är utbytbara i din konstruktion. Den andra serien, Lambda80, ger högre datatakter, baserad som den är på den linjära 2,4 GHz-transceivern Semtech SX1280. Linjäriteten betyder att den står emot kraftiga störningar. Den ska dessutom ha minimal strömförbrukning, allt enligt RS Components. Lambda80-serien finns i SMT-

och DIP-paket och integrerar en kristall, impedansmatchningsnätverk och spårlayout med digitalt gränssnitt och direkt antennanslutning. 2,4 GHz är en frekvens som kan driftsättas överallt i världen. Både Lambda62 och Lambda 80-serien finns att beställa från RS. JAN TÅNGRING

jan@etn.se

I PA K E T E T ingår följande: • En utvecklingsmiljö för Linux och realtidsoperativsystem • En kurs i SoC-och Linuxutveckling på FPGA, inklusive Verilog-filer, RTL-kod för en Micro Aptiv-kärna och testkod. • En MIPS R6-specifkation för både 32 och 64 bitar. Här definieras även utökningar för DSP-instruktioner, virtualisering, multitrådning, Simd och kodkomprimering. I F R A M T I D E N kommer paketet att utökas med kommersiell RTLkod för Micro Aptiv. Dessutom planeras utvecklarkonferenser under namnet MIPS Open Developer Days. Wave äger den klassiska riscarkitekturen Mips och valde i december att sänka priset för licens och royalties för versionen Mips R6 till noll kronor. Därmed fick den bubblande öppenkodsarkitekturen Risc-V sin första riktiga kommersiella utmanare och Mips hamnade i rampljuset efter åratal i skuggan av den stora risc-arkitekturen Arm. När Wave computing marknadsför Mips mot Risc-V räknar företaget upp tre punkter – att den är välmeriterad, standardiserad och patentskyddad. Risc-V är så ny att den inte hunnit meritera sig. Den har också en mer tillåtande attityd till innovation och därför blir den potentiellt inte lika standardiserad som Mips. Också vad gäller patentskydd kan man förvänta sig att Mips-arkitekturen samlat på sig ett bättre sådant med åren. JAN TÅNGRING

jan@etn.se



NYA PRODUKTER

Kraft med låg profil n STRÖMFÖRSÖRJNING Kraftspecialisten XP Power har lanserat en serie 180 watt AC/DC-aggregat för trånga utrymmen som kräver låg profil. De siktar på medicinska, IT- och industritillämpningar.

Serien UCP180 kommer i sju versioner, med utspänningarna 12V, 15V, 18V, 24V, 28V, 36V och 48V. De har alla ett inspänningsområde som sträcker sig mellan 85–264 Vac, medan verkningsgraden är upp till 94 procent. De drar under 0,5 W utan last. Serien är kompakt byggd. Aggregaten upptar 107,6 × 62,8 mm och är 29,5 mm höga. De kan användas med luftkylning eller ledningsbunden kylning.

Grafikjätte i Risc-V:s ekosystem n ANPASSNING Brittiska Imagination har anpassat sina IP-kärnor för neuronnät och grafik till Sifive:s one-stop-shop för systemkretskonstruktion kring den nya arkitekturen Risc-V. Imaginations grafikfamilj Power VR Series8XE och neuronnätsfamilj PowerVR Series3NX NNA finns nu färdiga för integrering på Sifives plattform Designshare. De kommer att följas av fler kärnor om det finns efterfrågan, meddelar Imagination. Kärnorna blir de första GPU i Designshare som har fullt stöd för programgränssnittet Vulkan. De stöder även Open CL, Android NNAPI och SYCL. I Sifive bildades av några Risc-V-projektets grundare: Andrew Waterman, Yunsup Lee och Krste Asanovic. Företaget försöker etablera sig som ledande implementatör av Risc-kärnor. Designshare sänker enligt Sifive tröskeln för att utveckla prototyper av systemkretsar. JAN TÅNGRING jan@etn.se



Tillsammans med en fläkt med luftflödet 10CFM kan de leverera 180 W till en last med en effekttäthet om 14,2 W/kubiktum. Enheterna uppfyller den medicinska säkerhetsstandarden EN 60601-1 och erbjuder isolation enligt 2 × MOPP (4kV) och en låg läckström om 50 µA. De uppfyller även säkerhetsnormerna IEC60950-1 och IEC62368-1, likaså möter de EMC-specifikationerna i EN61000-4. Serien finns att köpa direkt från XP Power eller från företagets distributörer Digi-Key, Farnell, RS Components och Element14. Aggregaten kommer med tre års garanti. ANNA WENNBERG anna@etn.se

Tensilicas DSP kartlägger omgivningen n UPPGRADERING Det har gått ett år sedan Tensilica – som är en del av EDA-bolaget Cadence – lanserade DSP-kärnan Vision Q6. Nu kommer en uppgraderad version kallad Vision Q7 som med sina 1,82 Tops är dubbelt så kraftfull som föregångaren trots att den inte upptar större kiselyta.

Det är smartare att använda en klassisk DSP-arkitektur för beräkningar i artificiella neuronnät än att använda nya parallella arkitekturer. Det är Tensilicas filosofi bakom IP-kärnan Vision som optimerats för ändamålet. – Vi lanserade Vision för fem år sedan och den finns i olika generationer. Jämfört med fjolårets Q6 är den nya Q7 nästan dubbelt så bra, säger Pulin Desai på Tensilica. En tillämpning för Vision familjen är ansiktsigenkänning vilket också blivit en standardfunktion i bland annat mobiltelefoner. På kundlistan finns Hisilicon och Mediatek som bägge använder Vision i sina mobilkretsar. Den nya modellen presterar upp till 1,81 Tops (biljoner operationer per sekund) med hjälp av nya instruktioner som är anpassade för att bygga upp

en karta av omgivningen, även kallat Slam (simultaneous localization and mapping). F U N K T I O N E N A N VÄ N D S av allt från industrirobotar till drönare och självkörande fordon och baseras på tung, linjär algebra. Det är också en funktion som är på väg in i mobilerna där man som användare inte bara kan se vägen på kartan utan också kommer att kunna se den överlagrad i videon från kameran. Den nya arkitekturen i Q7 är bakåtkompatibel med föregångarna P6 och Q6 vilket innebär att det ska gå att kompilera om

existerande programvara och automatiskt få högre prestanda och lägre effektförbrukning. Den stödjer heltal i form av INT8, INT16 och INT32 med enkel och dubbel noggrannhet. Det finns också stöd för flyttal med halv noggrannhet (FP16) och enkel noggrannhet (FP32). Vad gäller programmerbarheten så finns stöd för bland annat Caffe, Tensorflow och Tensorflow Lite via Tensilica Xtensa Neural Network Compiler (XNNC) liksom för Android Neural Network (ANN). PER HENRICSSON per@etn.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

NYA PRODUKTER

Infineon adderar 3B n KAPSLING Infineon kommer med ett tredje syskon i sin Easy-familj av kapslar för kraftmoduler. Först ut är en inverterare för solpaneler i den nya Easy 3B.

Med Easy 3B kompletterar Infineon sin Easy-familj, som sedan tidigare består av Easy 1B och Easy 2B. Därmed hävdar företaget att det erbjuder den bredaste portföljen av kraftmoduler utan basplatta, med höjden 12 mm. Easy 3B har måttet 110 mm × 62 mm. Det innebär att den är 2,5 gånger större än Easy 2B, som Infineon idag använder flitigt för sin SiC-portfölj. att komma med en bred portfölj IGBT:er i den nya kapseln, som tål högre strömmar än tidigare versioner. Likaså planerar företaget att använda kapseln till MOSFET:ar i kiselkarbid. Först produkten klädd i Easy 3B är en inverterare för solpaneler som hanterar 400 A och 1500 V. Infineon visade upp skapelsen på kraftmässan PCIM i Nürnberg i början av maj. INFINEON PLANERAR

ANNA WENNBERG anna@etn.se

Microchip breddar med SiC n KRAFTFAMILJ Microchip har breddat sin portfölj av kraftkretsar i kiselkarbid genom sitt dotterbolag Microsemi. Företaget lanserar 700 V MOSFET:ar samt 700 V och 1 200 V Schottky-barriärdioder – allt tillverkat i SiC.

Microchip satsar starkt på kiselkarbid genom köpet av Microsemi. Tillsammans med de egna välkända styrkretsarna och analoga kretsarna vill företaget nyttja den nya portföljen SiCkretsar för att erbjuda lösningar

Ingenjör? Vässa kunskaperna inom inbyggda system! Kostnadsfri ettårig yrkeshögskoleutbildning på distans med flexibelt lärande. Utmärkt kompetensutveckling för ingenjörer i hela Norden! • Konstruktion med VHDL • Hårdvarunära Cprogrammering • FPGA-design • Avancerad HW/SWsystemkonstruktion • Teknisk dokumentation

Utbildningsstart: 26 augusti 2019 Sista ansökningsdag: 15 maj 2019, CSN-berättigande www.yh.agstu.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

med fokus på hög verkningsgrad och effekttäthet. Företaget anger att drygt 35 diskreta kretsar har lagts till portföljen. Allt finns att få i volym, erbjuds med en rad olika spänningar, märkström och kapslar och stöds av utvecklingstjänster, verktyg och referenskonstruktioner. M I C R O C H I P H ÄV D A R att de egna nya Schottky-barriärdioderna i SiC har runt 20 procent bättre prestanda jämfört med andra SiC-dioder vid tålighetstest

(UIS, Unclamped Inductive Switching) som mäter hur väl kretsarna kan motstå försämring eller förtida fel som uppstår då en spänningsspik överstiger kretsens genomslagsspänning. Även de nya MOSFET:ar påstås klara liknande tålighetstester bättre än alternativen. Den nya produktportföljen kommer i ett antal olika kapslingsalternativ och siktar på tillämpningar inom industri, flyg- och rymd samt försvar. ANNA WENNBERG anna@etn.se

Vi söker kvalificerade talanger till fyra nya tjänster på vårt företag: • Utvecklare embedded systems • Elektronikkonstruktör • Utvecklare inom bildbehandling • Säljare av avancerade projekt Vi blir extra glada om vi kan få kvinnliga sökanden.

Se annonserna på vår hemsida: www.now.se under Kontakt > Jobba hos oss



NYA PRODUKTER

Avnet förser Microsofts moln med IoT-noder n TILLGÄNGLIGT Hittills har mycket av diskussionerna handlat om val av trådlös uppkoppling och hur länge batteriet räcker, men fokus för uppkopplade prylar har på senare tid skiftat till säkerheten. Microsoft lanserade en egenutvecklad lösning för sitt moln för ett år sedan. Nu finns det kort från distributören Avnet till Azure Sphere.

Microsoft är nog mest känt för sina PC-produkter men företaget har en mycket bredare repertoar med bland annat Xbox och Hololens, två produkter som med lite välvilja kan beskrivas som uppkopplade IoT-system. – Den första Xboxen hackades på en vecka. Sedan gick det att kopiera spelen. Xbox 360 var betydligt bättre, det tog 3,5 månader att hacka den men då var man

tvungen att löda in ett extra kort som fejkade trafiken på bussen. Xbox One har ännu inte hackats trots att det är två och ett halvt år sedan den började säljas, säger Martin Grossen på Avnet Silica. lanserade Microsoft ett koncept kallat Azure Sphere med nya kretsar, utvecklingsverktyg‚ en egen hårdvarusäkerhetsplattform kallad Pluton och företagets molntjänst Azure. Microsoft har till och med tagit fram en egen Linuxversion. Microsoft utnämnde också Avnet till strategisk partner för Azure Sphere. I början av året lanserades distributören en modul och ett utvecklingspaket som nyligen kommit i produktion. Modulen är 33 × 22 mm och baserat på systemkretsen MT3620AN från FÖR ETT ÅR SEDAN

Taiwanesiska Mediatek. Den har en Cortex-A7 och två CortexM4F för realtidsuppgifter. Förutom systemkretsen innehåller Avnets modul bland annat minne, wifi, antenn och diverse andra komponenter. Den kostar runt 20 dollar. Ett utvecklingskort går på 75 dollar. E N B A R T K R E T S E N kostar under tio dollar inklusive uppdateringar från Microsoft av operativsystemet under tretton år plus livstids säkerhetsuppdateringar. – Produkterna som korten hamnar i lever länge, så det är nödvändigt att man kan täppa till svagheter som upptäcks.

Alla kretsar har en unik identitet som ligger lagrad i kretsen. – När kretsen kopplar upp sig känner molnet igen den. Dessutom är jtag-porten avstängd för att göra det svårare att ändra innehållet, och brandväggen går inte att stänga av under drift. Kommunikationen är krypterad och varje krets har en unik nyckel. Tilläggas kan att fler halvledar leverantörer inklusive NXP och ST designar kretsar för Azure Sphere. – Det kommer att ta ett år innan de är klara. PER HENRICSSON per@etn.se

Laserfräs för protyper och småserier n BORDSFRÄS Att fräsa fram mönsterkorten kan vara en vettig metod för prototyper och mindre serier. Protolaser ST från tyska LPKF passar både FR4- och teflonlaminat.

It takes 30 years of experience to make a battery that lasts 20. www.saftbatteries.com infosweden@saftbatteries.com +46-491 68 104



Tekniken med att avverka material med laser kan användas för att skapa enkel- och dubbelsidiga kort med ett eller flera ledarlager på vardera sidan. Det kan exempelvis vara antenner, filter eller andra rf-komponenter men också mönsterkort för digitala och analoga konstruktioner. – Protolaser ST är ett komplement till de större Protolaser S och U. Uppstartstiden är snabb, cirka två minuter istället för 15 minuter som för S och U, skriver Gerhard Tetzlaff på Solectro i ett email. D E S S U TO M Ä R D E N B I L L I G A R E och inte större än att den kan placeras på ett bord. Tanken är att den nya maskinen ska användas tillsammans med exempelvis en

Protomat som sköter håltagning och utfräsning. Protolaser ST kan hantera laminat upp till 229 × 305 × 7 mm och avverkar 8,5 cm2 per minut om kopparlagret är 18 μm. Diametern på lasern är 22 µm. Det går att skapa ledare med en bredd ner till 100 µm och avstånd på 50 µm. Även dessa siffror är för 18 µm kopparlager på FR4. Noggrannheten är 10 µm och repeterbarheten även den 10 µm. Priset startar på 739 000 kronor. PER HENRICSSON per@etn.se

ELEKTRONIKTIDNINGEN 5/19

Svensk Elektronik – först in i framtiden.

Mycket på gång i Svensk Elektronik. När den här tidningen kommer ut, har vi nyligen ha vårt årsmöte på Atlas Copco, med besök i deras provgruva. Mer om det kommer i nästa nummer. Här är vad vi har på gång nu:

Delta med era smarta embeddedlösningar i de tre kategorierna Företag, Student och IoT. Bästa bidragen nomineras och får ställa ut på Skandinaviens största embeddedkonferens Embedded Conference Scandinavia som vi arrangerar 5–6 november, där också prisutdelningen hålls. Tipsa företag och studenter som ni känner. Bästa studentbidrag får ett stipendium på 50 000 kronor och får något riktigt fint till sina CV. Sista anmälningsdag är 26 augusti. www.swedishembeddedaward.se

26 augusti Sista anmälning till Swedish Embedded Award. 12 september Stora Elektronikdagen med SUMMIT. 5–6 november Embedded Conference Scandinavia.

svenskelektronik.se/ kalendarium

Varmt tack till er som var med på Inspirationsdagen i Västerås! Nästa samarrangemang med Smartare Elektroniksystem är Stora Elektronikdagen med SUMMIT den 12 september.

Embedded Conference Scandinavia 5–6 november. Boka plats på Skandinaviens största embeddedkonferens Embedded Conference Scandinavia 5–6 nov 2019, Kistamässan. Om du vill vara med som utställare eller medverka i programmet är det dags att anmäla sig nu. Du som är medlem har självklart förmånlig rabatt, som vanligt. www.embeddedconference.se Tillsammans skapar vi branschens framtid. Ditt företag är väl med? Ett medlemskap i Svensk Elektronik stärker dig och ditt företag. www.svenskelektronik.se info@svenskelektronik.se

10 juni Elektronikgolfen.

5 december Direktivsdagen.

Elektronikgolf 10 juni. Du missar väl inte Elektronikgolfen? Den hålls på Johannesberg Golf, norr om Arlanda, måndagen den 10 juni. Träffa såväl golfbollen som kollegor i branschen. Bjud gärna med dina kunder. Anmäl er bums! Se mer i kalendariet på vår hemsida! Swedish Embedded Award – anmäl er senast 26 augusti! Swedish Embedded Award är ett utmärkt tillfälle att synas. Lysande bra möjlighet för företag och studenter att visa sina kreativa lösningar!

KALENDARIUM

Se till att bli medlem och ta del av våra förmåner!

Tycker du att det vi gör är bra och värdefullt, hoppas jag att ditt företag ser till att vara medlem i Svensk Elektronik så vi tillsammans kan göra än mer för ditt företag och branschens konkurrenskra!

Lena Norder, vd Svensk Elektronik

POSTTIDNING B Returadress: Elektroniktidningen Folkungagatan 122, 4 tr 116 30 Stockholm

Full speed ahead to 5G With the new force in spectrum analysis R&S FSV3000/FSVA3000 With the advent of 5G NR technology in R&D and production, engineers need test solutions that support 5G bandwidth and meet strict RF requirements. Rohde & Schwarz supports these users with a new signal and spectrum analyzer family. ❙ Up to 400 MHz analysis bandwidth ❙ All relevant 5G NR frequency bands up to 44 GHz ❙ Ultimate high-speed signal analysis www.rohde-schwarz.com/product/FSV3000