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Schnittstellen ICs

Schnittstellen oder Interfaces sind immer dann erforderlich, wenn Signale von einem System in ein anderes transferiert werden müssen. Diese Signale können sowohl physikalischen Ursprungs sein – wie Spannungen oder Stromstärken – als auch aus binären Daten oder analogen Werten bestehen.
Für die meisten der Signale gelten bestimmte Kommunikationsregeln, zusammengefasst in Standards. So gibt es standardisierte Hardware-, Netzwerk-, Daten- und Maschinenschnittstellen. Da die allermeisten Standards auf festgelegten elektronischen Schaltungen basieren, wurden diese schon vor Jahren extrem miniaturisiert und als ganz spezifische integrierte Schaltkreise – kurz: ICs – zusammengefasst. In diesem Ratgeber lernen Sie die wichtigsten Schnittstellen-ICs und ihre Anwendungsbereiche kennen.  

  • Welche Schnittstellen-ICs gibt es?

  • Gängige Begriffe rund um Schnittstellen-ICs

Signal


Welche Schnittstellen-ICs gibt es?

Das Angebot an Schnittstellen-ICs, die eine Kommunikation von zwei oder mehr Geräten ermöglichen, ist riesengroß. Umso schwieriger wird es, den für den geplanten Einsatz benötigten Chip zu finden. Wir geben Ihnen hier eine kurze Übersicht über jene ICs, die zu den meistverkauften zählen.

  • In der Funkkommunikation ist ein Transceiver ein Gerät, das in der Lage ist, Informationen über ein Übertragungsmedium sowohl zu senden als auch zu empfangen. Die Übertragung erfolgt in der Regel über Funkwellen, es können aber auch Kommunikationssatelliten, drahtgebundene Verbindungen und Glasfasersysteme verwendet werden.

  • Controller bieten Protokollkonvertierung und Port-Erweiterung für gängige serielle Kommunikationsprotokolle wie RS-232 und USB. Expander für die Ein- und Ausgabe erweitern die Funktionalität des Mikrocontrollers durch inkrementelle Port-Erweiterung. In Desktop-Computern kann der Controller eine Einsteckkarte, ein einzelner integrierter Schaltkreis auf der Hauptplatine oder ein externes Gerät sein. In Großrechnern ist der Controller normalerweise ein separates Gerät, das an einen Kanal angeschlossen oder in das Peripheriegerät integriert ist.

  • Pegelumsetzer bieten ein Interface zwischen Komponenten, die mit unterschiedlichen Spannungspegeln arbeiten. Dazu gehören High-Speed-Pegel-, Logikpegel- und Smartcard-Pegelübersetzer in uni- und bidirektionaler Ausführung.

  • Industrielle digitale Hochspannungs-Eingangs- und Digital-Ausgangs-Signale, auch Binärsignale genannt, liegen typischerweise im Bereich von 0 bis 24 Volt. Industriellen Automatisierungs- und Steuerungsanlagen verwenden digitale Ein-/Ausgabe-Signale vor allem in rauen und lauten Umgebungen, um den Schaltstatus zwischen entfernten Geräten und Steuerungen zu kommunizieren. Analoge Ein-/Ausgabe-Signale werden sowohl in der Fabrik- als auch in der Gebäudeautomatisierung eingesetzt.

  • Diese Schnittstellen-ICs bieten eine vollständige galvanische Trennung zwischen zwei Leistungsdomänen. Isolations-ICs schützen Schaltungen vor hohen Gleichtakttransienten beziehungsweise Fehlern und eliminieren Masseschleifen. Isolations-ICs werden häufig in der industriellen Kommunikation und in medizinischen Anwendungen eingesetzt.

  • Sie werden direkt an ein Sensor-Element angeschlossen und bieten die erforderliche Signalkonditionierung, um ein genaues Signal für Überwachungs- und Steuerungssysteme zu gewinnen. Sensorsignalkonditionierer greifen schnell und direkt auf den Sensor zu, führen die Konditionierung durch und erfüllen optional auch Funktionen für die Datenkommunikation.

  • In der Elektronik ist ein Multiplexer ein Gerät, das zwischen mehreren analogen oder digitalen Eingangssignalen auswählt und den ausgewählten Eingang an eine einzelne Ausgangsleitung weiterleitet. Ein Demultiplexer arbeitet genau umgekehrt und wird oft auf der Empfangsseite verwendet.

  • Ein Video-Decoder ist ein elektronischer Schaltkreis, der häufig in einem einzigen Schaltkreis-Chip enthalten ist und analoge Basisband-Videosignale in digitales Video umwandelt. Video-Decoder ermöglichen in der Regel eine programmierbare Steuerung von Videoeigenschaften wie Farbton, Kontrast und Sättigung. Ein Video-Decoder erfüllt die umgekehrte Funktion eines Video-Encoders, der unkomprimiertes digitales Video in analoges Video umwandelt. Videodecoder werden häufig in Videoerfassungsgeräten und Framegrabbern verwendet.



Gängige Begriffe rund um Schnittstellen-ICs

  • Die Abkürzung UART steht für „Universal Asynchronous Receiver-Transmitter“, also einen universellen asynchroner Empfänger-Sender. Das Datenformat und die Übertragungsgeschwindigkeiten sind bei diesen Schnittstellen-ICs frei konfigurierbar. Ein UART sendet die Datenbits nacheinander, vom niedrigstwertigen zum höchstwertigen, eingerahmt von Start- und Stoppbits, so dass das genaue Timing vom Kommunikationskanal übernommen wird.

  • CODEC ist die Bezeichnung für einen Analog-Digital-Wandler, der einen digitalen Datenstrom oder ein digitales Signal kodiert oder dekodiert.

  • Aktive Filter werden mit einer Kombination aus passiven und aktiven Komponenten realisiert und benötigen eine externe Stromquelle. Operationsverstärker finden sich häufig in aktiven Filterdesigns. Diese können eine Resonanz ohne den Einsatz von Spulen erreichen. Ihre obere Frequenzgrenze wird jedoch durch die Bandbreite der Verstärker begrenzt.

  • Diese Schnittstellen-ICs bieten sozusagen ein komplettes Tonstudio in einem Chip-Gehäuse. Tonsignale können sowohl aufgenommen als auch wiedergegeben werden. Neben einem Mikrofonvorverstärker sind auch Filter und Komponenten für die Lautstärkeregelung enthalten.

Schnittstellen IC
Schnittstellen IC Skizze
  • Mit diesen Chips ist es möglich, Eingangssignale unterschiedlicher Quellen und in unterschiedlichen Formen zu verarbeiten. Über Sensoren erfasste physikalische Größen wie Temperatur, Druck und Luftfeuchtigkeit lassen sich über die Wandler beispielsweise direkt an einen Mikrocontroller weiterleiten.

  • Die direkte digitale Synthese – abgekürzt DDS – wird von Frequenzsynthesizer-ICs verwendet, um beliebige Wellenformen wie Sinus, Rechteck oder Dreieck aus einem einzigen Referenztakt mit fester Frequenz zu erzeugen.

  • Ein Modulator-Demodulator oder einfach ein Modem wandelt Daten in ein Format um, das für ein Übertragungsmedium wie Telefonleitungen oder Funk geeignet ist. Ein Modem moduliert ein oder mehrere Trägerwellensignale, um digitale Informationen für die Übertragung zu kodieren, und demoduliert Signale, um die übertragenen Informationen zu dekodieren. Ziel ist es, ein Signal zu erzeugen, das einfach übertragen und zuverlässig dekodiert werden kann, um die ursprünglichen digitalen Daten zu reproduzieren.

  • Diese Schaltungen kontrollieren beispielsweise Erweiterungsslots, um eine korrekte Platzierung von Kartenmodulen zu gewährleisten. Sie senden dazu bestimmte Signale an die Erweiterung und übertragen Daten erst dann, wenn keine Gefahr für Fehler besteht.

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