Meilensteine der Elektronik

Vier Technologie-Trends, auf die man 2016 achten sollte

| Redakteur: Kristin Rinortner

Industrie 4.0: Die Halbleiterindustrie fungiert als treibende Kraft für zahlreiche Innovationen in vielen neuen Märkten.
Industrie 4.0: Die Halbleiterindustrie fungiert als treibende Kraft für zahlreiche Innovationen in vielen neuen Märkten. (Bild: TI)

Smart Power und Hochvolt-Schaltungen, Industrie 4.0, Semi-autonome Systeme und die Mobilfunk-Infrastruktur treiben im Jahr 2016 die Innovationen in der Halbleiterindustrie voran.

Alles um uns herum scheint immer intelligenter, vernetzter und mit einem immer größeren Gehalt an Elektronik angereichert zu werden. Innovationen in der Halbleitertechnologie trieben in den letzten Jahren die schnelle Weiterentwicklung neuer Produkte im Bereich elektronische Kleingeräte, auf dem Automotive-Sektor, in der Fertigung und auf vielen anderen Märkten voran. Der Artikel zeigt wichtige Trends und erklärt die Rolle der Halbleiterindustrie, die als treibende Kraft für weitere Innovationen in vielen neuen Märkten fungieren kann.

1. Smart Power und Hochvolt-Schaltungen: Das Streben nach mehr Energieeffizienz wird immer stärker. Die Optimierung der Schaltungs-Topologien und der Leistungshalbleiter sowie fortschrittliche Gehäusetechniken haben eine Steigerung der Leistungsdichte auf mehr als 1 kW pro Kubikzoll (ca. 16 W/cm³) ermöglicht. Im Bereich des Power Managements zeichnen sich verschiedene Trends ab:

  • Zur Unterstützung neuer Cloud-Dienste und sozialer Netzwerke werden die Serverfarmen immer größer. Die Tatsache, dass die Zahl der Server und der Datenverkehr rapide zunehmen, verleiht der Effizienz des Power Managements immer mehr Bedeutung. Die Forderung nach mehr Effektivität für Server – von der Netzspannung bis zum Point of Load (PoL) – hat zu neuen Wandlerarchitekturen und Schaltungs-Topologien geführt, mit denen die Leistungsdichte angehoben und die Zahl der Wandlerstufen verringert werden soll.
  • Gefragt sind kleinere und schnellere Ladegeräte für portable Geräte. HöhereSchaltfrequenzen und verbesserte Leistungsbausteine haben gemeinsam eine höhere Energieeffizienz ermöglicht, was die Basis für kompaktere Netzadapter darstellt. Um Sicherheit zu gewährleisten, sind damit einhergehend die Zahl der Vorschriften in diesem Sektor gewachsen.
  • Smart-Power-Lösungen kommen in vielen Anwendungen zum Einsatz, so zum Beispiel in LED-Array-Controllern für den Automotive-Bereich, in Hochleistungs-Servern und im Batteriemanagement für Drohnen und E-Bikes, die hohe Ansprüche an die Leistung und das Drehmoment stellen. Mit einer Kombination aus digitalen und analogen Regelkreisen lässt sich bei unterschiedlichen Lastströmen ein Effizienzgewinn erzielen. Viele Leistungslösungen bieten außerdem eine extrem niedrige Stromaufnahme im Standby- und Sleep-Modus.
  • Der Markt für alternative Energien, zu dem die Photovoltaik sowie Elektro- und Hybridfahrzeuge gehören, verzeichnet gesunde Wachstumsraten. In der Folge steigt der Halbleitergehalt in Anwendungen mit höheren Spannungen, speziell im Bereich von 600 bis 1200 V, weiter an. Lange erwartete III-V-Halbleiter, wie Galliumnitrid und Siliziumkarbid, stehen vor einer großen Zukunft, was den Weg für neue Anwendungen ebnet.

2. Industrie 4.0: Die Umstellung auf die intelligente Fertigung und Lagerbestandsverwaltung hat begonnen. Bei wichtigen Technologien für diesen Umstieg, darunter etwa stromsparende Verbindungstechnik, Embedded Processing und Embedded Sensing, wurden entscheidende Fortschritte erzielt, was die Bereitstellung stromsparender, intelligenter und vernetzter Sensing-Lösungen betrifft. Damit sich aber das Konzept Industrie 4.0 schneller und in größerem Umfang durchsetzen kann, müssen Lösungen für die Aspekte Sicherheit und Zuverlässigkeit gefunden werden.

Multimodale Sensor-Lösungen, beispielsweise für Feuchtigkeit, Temperatur und Druck, sind Bestandteil vieler Industrie- und Gebäudeautomatisierungssysteme. Eine extrem geringe Leistungsaufnahme ist entscheidend für die Batterielebensdauer und letztendlich auch für das Energy Harvesting. Weniger als 1 µW im Standby-Status und unter 100 nA im Sleep-Modus sind dank effizienter Power-Management- und Signalketten-Lösungen inzwischen machbar. Mit integrierten Ultraschall- und Mikrowellen-Sensorlösungen im Verbund mit analogen und digitalen Signalprozessoren lassen sich neben neuen multimodalen Funktionalitäten in Durchflussmesser- und Diagnosesystemen auch andere industrielle Anwendungen realisieren.

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