Elettronica per la nuova rivoluzione tecnologica

Tre paradigmi stanno connotando lo sviluppo tecnologico del prossimo futuro: Industry 4.0, automotive e indossabili per la salute. In tutti questi casi l’elettronica gioca un ruolo determinante, connotante e abilitante. Per questo motivo i maggiori produttori di dispositivi microelettronici stanno affinando le loro strategie di ricerca e sviluppo per rendere disponibili soluzioni e dispositivi compatibili con i requisiti di queste tre importanti rivoluzioni tecnologiche che connoteranno il nuovo secolo.

Industry 4.0

Industry 4.0 è il nome che è stato coniato per la prima volta nel 2011 in occasione della fiera di Hannover per denominare la fabbrica di domani come fenomeno di evoluzione dalla prima rivoluzione industriale alla sua quarta fase caratterizzata da avanzata tecnologia dell’automazione e della comunicazione. L’industria della microelettronica è un importante attore di questa fase dello sviluppo industriale, con l’introduzione di tecnologie abilitanti sempre più avanzate. Automazione e scambio di dati sono la principale caratterizzazione tecnologica del fenomeno Industry 4.0, cioè gli ingredienti fondamentali della fabbrica intelligente. La convergenza di queste due componenti tecnologiche in soluzioni computazionali compatte è una delle principali proposte di innovazione tecnologica che l’industria microelettronica sta proponendo all’industria manifatturiera. Il controllo distribuito e tutte le sue implicazioni applicative (bassa latenza, interconnettività, complessità computazionale, riduzione degli spazi operativi, ecc.) sono le sfide tecnologiche che la microelettronica sta cercando di vincere per far fronte alla richiesta di innovazione che si prospetta con la fase attuativa dell’Industry 4.0. Il controllo distribuito locale trova la sua implementazione nei microcontrollori logici programmabili o Plc (Programmable logic controller) che consentono il controllo locale ad un processo di assemblaggio o di produzione industriale in quanto rende effettive quelle prestazioni di bassa latenza, piccole dimensioni e di capacità computazionale fondamentali del controllo distribuito. Il Controllore Logico Programmabile è dunque il componente elettronico fondamentale dell’automazione industriale. La piattaforma di sviluppo Plc Pocket IO di Maxim Integrated è stata pensata per rendere possibili le applicazioni Industry 4.0. Lo scopo è poter agire sulla produzione tramite decisioni rapide effettive e adattabili, per evitare eventuali arresti dell’impianto e per poter implementare il controllo distribuito e la ridondanza. A tale scopo Pocket IO è dotato di capacità di elaborazione in tempo reale che soddisfano questi requisiti. Plc Pocket I/O include un commutatore/driver ad otto canali MAX14913, che integra circuiti di clamp veloci per smaltire i picchi dovuti ai carichi induttivi e il convertitore Dc-Dc isolato MAX17681 che offre un’efficienza energetica superiore al 90%, con riduzione della potenza dissipata. Il traslatore di ingresso MAX31913 digitale/serializzatore a otto canali, può essere alimentato da qualunque sorgente a 5 V pur potendo accettare segnali d’ingresso fino a 36 V, eliminando così tutti i componenti di protezione necessari sul pin di alimentazione a 24 V e riducendo di conseguenza l’ingombro totale.

 

Automotive

La tecnologia che ruota intorno al settore automotive sta avanzando a una velocità di sviluppo estremamente rapida. Si prospettano risultati rivoluzionari riguardo la sicurezza, la comunicazione, e la navigazione. Le tecnologie elettroniche abilitanti riguardano la gestione della potenza elettrica e della batteria, il sistema di segnalazione ad alta velocità, la sensoristica, le comunicazioni wireless. L’impatto dell’elettronica nelle automobili è enorme e si stima che il prossimo anno l’elettronica per l’automotive crescerà a un ritmo doppio rispetto all’elettronica in generale, proprio per il massiccio utilizzo di elettronica nel contesto automotive. L’innovazione tecnologica nell’elettronica, come ad esempio l’integrazione dell’analogica, sta aprendo nuove possibilità applicative che spingono verso l’alto lo sviluppo in ambito automotive. L’illuminazione a Led e la relativa elettronica di controllo sono tra le tecnologie abilitanti alla base del rapido sviluppo dell’automotive (grazie a fattori incentivanti come la riduzione della CO2, la riduzione dei tempi di reazione e la maggiore durata). I Led driver della serie MAX1633x sono peak current-mode-controlled Led driver per boost, buck-boost, Sepic, flyback, e topologie high-side buck. La disponibilità di sistemi di interconnessione ad alta velocità è un altro importante elemento di innovazione, considerando il numero sempre più elevato di dispositivi basati sul segnale video da interconnettere in ambito automotive. Un componente che soddisfa queste esigenze di link ad alta velocità è il MAX9286 un quad 1.5 Gbps Gmsl Deserializer con input coassiale o Stp e uscita CSI-2. Ogni linea seriale dispone di un canale di controllo embedded che opera da 9,6 kbps a 1Mbps in modalità Uart-to- Uart, Uart -to-I²C, e I²C-to-I²C. Usando il control channel una Mcu può programmare il serializzatore, il deserializzatore e i registri della periferica in qualsiasi momento indipendentemente dal timing video. L’integrazione dei dispositivi smartphone in ambito automotive è ormai matura e quindi richiede elettronica innovativa come quella che consente la ricarica da Usb. La ricarica via Usb dei dispositivi portatili, prima di tutto gli smartphone, è apparentemente una problematica banale, ma attualmente non risolta in modo soddisfacente e affidabile nelle soluzioni offerte a livello Oem nell’automotive.

Maxim rende disponibile a tale scopo il dispositivo MAX16984, un Dc-Dc converter con emulatore di carica Usb. I cavi Usb lunghi provocano caduta di tensione e quindi diminuzione di corrente, tanto da non consentire al dispositivo da caricare di riconoscere correttamente lo stato di carica, e quindi di caricare efficacemente la batteria. Inoltre i dispositivi di ricarica Usb economici generano interferenza elettromagnetica. È quindi opportuno gestire in maniera intelligente il processo di ricarica dei dispositivi portatili via Usb dalla batteria di un autoveicolo. Il MAX16984 di Maxim è un convertitore intelligente che gestisce in un singolo chip tutte le problematiche di gestione dell’alimentazione su una connessione Usb.

 

Indossabili 

La tecnologia wearable in generale si sta sviluppando a un ritmo quasi esponenziale, in particolare quella che riguarda la cura della salute evidenzia tassi di crescita ancora più alti in conseguenza dell’elevato numero di persone che coinvolge e dell’impatto di malattie degenerative che riguardano un numero sempre maggiore di persone. Raccogliere dati fisiologici, elaborarli e portarli in maniera sicura verso processori che li elaborano in tempo reale è una delle principali sfide dell’elettronica, considerando anche il contesto tecnologico al contorno, quello dell’Internet of Things e le relative tecnologie connesse. Una delle tecnologie abilitanti più importanti per l’e-health wearable è quella sensoriale orientata alla cattura dei parametri vitali in modalità non invasiva dal corpo umano. La nuova rivoluzione tecnologica che cambierà completamente il paradigma di relazione tra gli esseri umani e il proprio benessere fisiologico, è quella connotata come e-health. In questa rivoluzione tecnologica i sensori di parametri vitali, rappresentano la tecnologia abilitante. Maxim ha sviluppato a tale proposito il modulo sensoriale MAX30102 un modulo ad altissima integrazione che in dimensioni estremamente ridotte rende disponibile tutta la funzionalità sensoriale necessaria per la realizzazione di un’applicazione di natura indossabile finalizzata alla cattura e misura di parametri vitali come la frequenza cardiaca, l’attività cardiaca, il livello di ossigeno nel sangue, e altri parametri fisiologici essenziali al monitoraggio di una persona nelle attività di vita quotidiana, incluse le attività sportive di natura fitness.

 

 

Il Controllore logico programmabile

Il controllo di processo richiede per essere implementato un sistema di elaborazione dedicato e caratterizzato da un’architettura particolare, soprattutto relativamente alle periferiche. Il Plc compare per la prima volta nel 1968 per soddisfare le esigenze di controllo dei processi industriali con la logica e la programmazione sequenziale. Il Plc è detto anche Pac (Programmable Automation Controller) nella versione più ricca di capacità di comunicazione, ed è sostanzialmente un microcontrollore dotato di periferiche analogiche e digitali compatibili con i dispositivi da controllare (motori, valvole, servomotori, ecc.). Il Plc esegue un programma sotto forma di sequenza di istruzioni eseguibili da un microprocessore ed elabora le informazioni che provengono dalle periferiche analogiche e dalle connessioni digitali e produce informazioni di controllo che attua attraverso le periferiche analogiche e le connessioni digitali. Una delle caratteristiche distintive del Plc è di essere componibile e particolarmente robusto per funzionare correttamente in ambienti ostili (tipicamente quelli industriali, caratterizzati da umidità elevate temperature, interferenze elettromagnetiche, vibrazioni, ecc.). Un’altra peculiarità del Plc rispetto al microcontrollore è di avere funzionalità preprogrammate come quella della lettura all’accensione dello stato degli ingressi memorizzando questo stato in un registro interno disponibile al programma di controllo. La funzionalità non integrata nel Plc viene resa disponibile tramite schede add-on (per esempio sensori, driver di motori, attuatori, ecc.).

 

 

 

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