Bredband
Bredband är ett samlingsnamn för olika tekniker att med hög hastighet överföra data i ett kommunikationsnät. Man kan få tillgång till bredband via telefonledningen, kabel-tv, mobilnätet, elnätet, fiberledning, radiolänk eller satellit. När bredbandet kommer via telefonledningen används vanligen DSL (ofta ADSL eller VDSL). Bredband är tekniker för snabb datorkommunikation, och åsyftar sedan slutet av 1990-talet tekniker för snabb internet-åtkomst. Vilka hastigheter som ska vara uppfyllda för att en anslutning ska räknas som bredband har ändrats allt eftersom utvecklingen gått framåt. I olika källor specificeras bredbandsaccess som anslutningshastighet på minst 256 kbit/s eller minst 2 Mbit/s till slutanvändaren, alternativt en genomströmningshastighet på minst 5 Mbit/s mellan två nätverksnoder inom ett land. Ursprungligen åsyftade begreppet transmissionsmedium med hög spektral bandbredd mätt i Hertz. Begreppet kom på 1980-talet att ställas i motsats till tekniker för smalbandig och uppkopplad Internetförbindelse via telefonnätet, som har en begränsning på högst 4 kHz bandbredd (vid analog telefoni) och 64 kbit/s dataöverföring (vid ISDN) per uppkoppling. År 2020 satte australiska forskare världsrekord i internethastighet i en fiberkabel med hjälp av en ny teknik. Hastigheten som uppmättes var 44,2 terabit i sekunden. I takt med att samhället digitaliseras har tillgången till en snabb och stabil uppkoppling kommit att bli en demokratifråga i vissa länder. För att kunna ta del av samhällets tjänster krävs i allt större utsträckning en digital närvaro. Gränsen för hur hög kapacitet en anslutning måste ha för att betraktas som bredband varierar mellan olika organisationer. OECD och EU definierar bredband till att innebära ett minimum på 256 kbit/s. Enligt en standard för så kallad bredbands-ISDN, utgiven av Internationella Teleunionens (ITU) och CCITT 1988 innebär bredband högre hastigheter än 2 Mbit/s (i USA 1,5 Mbit/s). I Sverige arbetade bland andra Post- och telestyrelsen för att denna standard och definition skulle användas. I den svenska IT-infrastrukturutredningen från år 1999 krävs en anslutningshastighet på minst 2 Mbit/s både till och från användaren. Svenska regeringens IT-kommission uttryckte vid ungefär samma tidpunkt en vision om minst 5 Mbit/s genomströmningshastighet mellan alla hushåll i Sverige senast år 2005, och ställde också kravet att bredbandsteknik måste vara framtidssäker i bemärkelsen att ledningarnas överföringskapacitet ska kunna fördubblas årligen enbart genom byte av terminalutrustning. Svenska Konsumentverket valde kring år 2000 att inte kritisera leverantörer som kallade sin tjänst för bredband, trots att de bara erbjöd 512 kbit/s. Olika leverantörer hävdar att allt från 0,5 Mbit/s till 2 Mbit/s är minimigränsen för att en förbindelse ska kallas för bredband. Begreppet bredband betyder hög bandbredd, antingen mätt i Hertz eller i bit/s, och avsåg ursprungligen motsatsen till smalbandig modemkommunikation och ISDN-kommunikation förmedlad av telefonnätets televäxlar. Användandet av det vanliga telefonnätet, möjliggjordes av DSL-tekniken som utvecklades av mannen som har kallats för "bredbandets fader", John Cioffi. Telefonväxlar begränsade den analoga bandbredden till 3,1 kHz. I Europa har digitala telefonväxlar en maximal kapacitet på 64 kbit/s per telefonsamtal eller ISDN-uppkoppling. Vid ISDN (en teknik för digital kommunikation mellan telefonväxeln och hemmet som var vanlig i synnerhet i Tyskland vid mitten av 1990-talet) kan upp till 30 uppkopplingar (till exempel telefonsamtal) överföras över en fyrtrådig kopparkabel, vilket ger en gräns på 2 Mbit/s (1,5 Mbit/s för motsvarande teknik i USA). Regeringens definition av målet att "hela Sverige ska ha tillgång till snabbt bredband" till 2025 beskrivs så här. Exempel på accesstekniker som utnyttjar gammal infrastruktur. År 2023 bör hela Sverige ha tillgång till stabila mobila tjänster av god kvalitet.
Local Interconnect Network
Applikationer programmeras för mastern och alla slavar. Applikationerna kommunicerar med LIN genom ett standardiserat gränssnitt som sedan via en communication manager, LIN protocol, bus transceiver och det fysiska lagret sköter hanteringen till mottagaren. Till hjälp vid programmeringen och testningen finns en signal manager som dels sköter konfigureringen av nätverket och dels en bus emulator / analyzer. LIN-konsortiet erbjuder certifierare som kan testa utvecklade komponenter och godkänna dem för den miljö som bilfabrikanterna kräver. Indelningen i delnät beskrives bäst med ett exempel från en välutrustad bil från 2011 . Mastern i varje nät är i kursiv stil. LIN undvikes för funktioner som ska vara aktiva när bilen lämnas låst och då det är viktigt med låg strömförbrukning. Exempel på sådana funktioner är larmkontakter för dörröppningar (engelska ajar) och beröringssensorer för nyckellöst låssystem. LIN undvikes även vid funktionskritiska system som SRS-systemet som måste fungera även om batteriförsörjningen upphör vid en krock. LIN är oanvändbart vid snabba kommunikationer då nätverket CAN (Controller Area Network) i stället används. Exempelvis styrningen av tändning och insprutare i motorn och antisladd/bromssystem som måste reagera extremt snabbt. LIN är även oanvändbart för strömmande data med garanterad bandbredd för ljud och bild då i stället nätverket MOST (Media Oriented Systems Transport) används. Utnyttja enkla billiga beprövade kretskomponenter (chips). Man kan använda komponenter med en UART, en välanvänd standard. Utöka kundvärdet (funktionaliteten i systemen) genom att göra komponenterna programmerbara. Reducera felrisken genom att antalet kablar reduceras och genom att ha svaga signalströmmar som inte bränner kontakter. Matningsspänning. Standarden är +12V. Jordledare. Vanligen till fordonets chassi. Signalkabel som förbinder alla noder med varandra. Behöver varken skärmas eller tvinnas mot störningar. Signalkabelns returström leds genom jordledningen. Synkroniseringssignal (>, 13 bitar). Synkroniseringskod (1 byte). Identifierare (1 byte, UART-format). Identifiering av alla noder kan ske vid uppstart av nätet. Nya noder kan läggas till dynamiskt. Meddelande (Data) (1-8 bytes). Kontrollsumma (1 byte). Felkorrigering sker automatiskt. Bilens centraldator (master bus 0), Kameror i backspeglarna för att uppmärksamma fordon inom vänstra resp. högra döda vinkeln (vid filbyte). Bilens centraldator (master bus 1), blinkerspak, torkarspak, vänster rattknappar (farthållare), höger rattknappar (infotainment), ljusreglagepanel (strålkastare, parkeringsljus, dimljus mm). Centraldatorn aktiverar sedan de olika lamporna, torkarna, farthållaren, ljudanläggningen mm. Bilens centraldator (master bus 2), rörelsedetektor i taket, larmsiren med inbyggd lutningsensor. Centraldatorn hanterar sedan utlösning av stöldlarmet. Bilens centraldator (master bus 3), Tändlåsets antenn för nyckelkoden (immobilizern), elektriska rattlåset. Centraldatorn godkänner sedan start. Bilens centraldator (master bus 8), Batterimonitor (mäter ström, spänning och temperatur), regnsensor, ruttorkare. Styrdator för nyckelfritt låssystem (master), radiomottagare/sändare för fjärrnyckelhantering. Styrdator för automatväxellådan (master), växelväljaren. Styr automatlådan, tänder indikatorer och spärrar spaken. Dator för klimatstyrning (master), 5 olika spjällmotorer med lägesgivare för olika utblås, panel för baksätesuppvärmning, 4 styrenheter för eluppvärmning av 4 olika säten (skapar olika pulsfrekvenser för de olika värmelägena), backspegel med automatisk avbländning och fuktsensor. Bilens dator för motorstyrning (master), generatorns laddregulator, kylargardin. Förardörrens styrdator (master som även har snabb CAN-kommunikation med bilens centraldator), 4 elektronikenheter i de 4 dörrarna som styr fönsterhissar, centrallås, backspeglar mm, förardörrens reglagepanel för alla 4 dörrarna, backspegeljustering mm.
Spektrumanalysator
Genom att analysera elektriska signalers spektrum kan dominant frekvens, effekt, distorsion, harmoniska frekvenser, bandbredd, och andra spektrumkomponenter som är svåra att observera och upptäcka i en signal som visas med tidsdomänens vågformer (styrka vs tid). Dessa parametrar är användbara för att karakterisera elektronikkonstruktioner, såsom trådlösa sändare. Skärmen hos en spektrumanalysator visar frekvens på den horisontella axeln och amplitud på den vertikala axeln. För en flyktig observatör kan en spektrumanalysator se ut som ett oscilloskop, och faktiskt så kan en del laboratorieinstrument fungera både som oscilloskop och spektrumanalysator. Spektrumanalysatorns typ dikteras av den metod som används för att hämta in signalspektrumet. Det finns svep-avstämda och FFT baserade spektrumanalysatorer. Vissa spektrumanalysatorer, som jobbar i realtid, använder en hybridteknik där den inkommande signalen först nerkonverteras till en lägre frekvens genom att använda superheterodyntekniker och sedan analyseras genom att använda snabba fouriertransform (FFT) tekniker. Huvudsakligen kan man urskilja två olika typer av spektrumanalysatorer baserat på konstruktionsprincip nämligen den Analoga och Fouriertransform-analysatorn. Den ena principen är analog design där funktionen uppnås genom att man sveper ett smalbandigt bandpassfilter och presenterar centrumfrekvensen på X-axeln och den detekterade nivån utan fasinformation på Y-axeln. Instrument av denna typ tillverkas med mottagning upp till mycket höga frekvenser. Kommersiella instrument finns upp till minst 67 GHz. Observera att moderna instrument av denna konstruktion inte upplevs som analoga instrument då de har digital presentation av mätdata och användarinterfacet är digitalt - dock är funktionsprincipen fortfarande analog. I vissa sammanhang kallas äldre instrument med CRT för analoga och nyare instrument med TFT skärmar för digitala - detta är då inte samma sak som en FFT-analysator. Den andra principen är att man samplar mätsignalen med hög frekvens (enligt nyquistteoremet minst med dubbla samplingsfrekvensen mot högsta ingående frekvenskomponent hos mätsignalen). Därefter räknar man ut signalens frekvenskomponenter med hjälp av en Fouriertransformation. Instrument som arbetar enligt denna princip kallas ofta lite felaktigt för FFT -analysatorer trots att det inte alltid är FFT-algoritmen som används internt vid transformeringen från tidsdomän till frekvensdomän. Instrument av denna typ används företrädesvis vid analys av signaler av lägre frekvens och har fördelen att de lättare kan göras med mycket smal bandbredd och kan även presentera fasinformation. Samma instrument kan ibland användas till olika områden, men då dessa instrument kan vara mycket dyra är de i praktiken ofta specialiserade för olika mätfall/användningsområden. För mätning med avseende på elektromagnetisk kompatibilitet (EMC) används nästan uteslutande analoga instrument i kombination med olika antenner, samt förförstärkare (vid mätningar av utstrålad emission och med LISN vid mätningar av ledningsbunden emission. Instrument för detta går vanligen upp till 3 GHz då det täcker en stor del av de mätningar som krävs för produktgodkännande enligt CE. Till detta användningsområde används nästan uteslutande analoga instrument och det ställs här ofta extrema krav på upplösning, bandbredd, frekvensnoggrannhet och liknande vilket gör att det är i denna kategori man hittar de allra dyraste instrumenten. Instrument till detta går kan gå upp till flera 10-tals GHz. Till detta användningsområde används oftast FFT analysatorer då denna teknik ger fördelar som gör den det idealiska valet för en mängd olika tillämpningar, inklusive akustik, vibrationer, bullermätning, och allmän elektronisk användning. Till detta användningsområde så kopplas ofta instrumentet till sensorer som mikrofon, hydrofon, vibrationsgivare och liknande.
Halvledarlaser
En halvledarlaser eller laserdiod är en laser där det aktiva mediet är en halvledare som liknar en lysdiod. Den enklaste halvledarlasern består av en PN-övergång och drivs med injicerad elektrisk ström. Dessa komponenter brukar ibland kallas injektionsdiodlasrar för att skilja dem från optiska pumpade diodlasrar som enklare framställs i laboratorier. Halvledarlasrar har många ekonomiskt viktiga tekniska användningsområden, där de viktigaste är avläsning av CD och DVD samt för telekommunikation i optiska fibrer med hög bandbredd. Halvledarlasrar används även inom sjukvården för behandling av hörsel- och balansrubbningar, ögonsjukdomar, muskel- och ledproblem, smärta med mera.
Signalförstärkning
När det gäller operationsförstärkarens spänningsförstärkning, finns det två grundkopplingar enligt figur. Den ena är den "icke-inverterande förstärkarkopplingen", den andra är den "inverterande förstärkarkopplingen". I denna koppling kopplas en del av utsignalen tillbaka till minus-ingången. Denna signal får ingångsspänningen att minska och vi har då en negativ återkoppling. Spänningen in på själva operationsförstärkaren kan tecknas. Efter eliminering av e och algebraisk utveckling har vi slutligen. så blir förstärkningen. och alltså enbart beroende av resistanserna R1 och R2. Eftersom råförstärkningen, F, för många standardförstärkare är i storleksordningen 100 dB eller 100 000 så blir förstärkningen i alla praktiska fall när nog exakt 1/β. En spänningsföljare kan skapas genom att utesluta R1, och låta R2 vara hur litet som helst. Denna har egenskapen att replikera inspänningen och kunna driva en utgångslast med stark ström utan att belasta signalkällan. Man kan på liknande sätt visa att förstärkningen för den inverterande kopplingen blir. Alternativt kan man se kopplingen som sådan att plusingången är jordad och att e motsvarar en extremt liten potential då råförstärkningen, F, normalt är så ofantligt stor. Impedansen mellan plus och minus är samtidigt normalt mycket stor (se arkitekturen nedan). Vi har med andra ord fått en virtuell jord. När vi konstaterat detta kan vi titta på kopplingen med andra ögon. Strömmen in, Iin, blir. Och denna strömåste även gå genom R2 då ingen ström kan gå in på den högimpediva minusingången. Utgången måste alltså gå negativ och eftersom det är samma ström är utspänningen proportionell mot de båda motstånden enligt inledande formel ovan. Ovanstående resonemang håller endast då frekvensen är låg eller då återkopplingen är stor. I själva verket avtar råförstärkningen både tidigt och snabbt med frekvensen. Vanligast är att överföringsfunktionens Laplacetransform har polen som en enkelpol runt något tiotal hertz. Råförstärkningen avtar då med 20 dB/dekad men operationsförstärkaren kan ha fler poler varvid råförstärkningen avtar ännu snabbare. Så länge som antalet poler är mindre än tre så är förstärkaren stabil vid alla grader av återkoppling. Vissa operationsförstärkare måste dock frekvenskompenseras med en kondensator för att kunna användas vid 0 dB förstärkning (läs som spänningsföljare dvs med R1 i den icke-inverterade kopplingen borttagen). Viss frekvenskompensering görs i förstärkarkopplingen, annan på speciella anslutningar som tillverkaren har förberett för ändamålet. Råförstärkningen är alltså alltid beroende av frekvensen. Man har infört en beteckning kallad GBW eller Gain Bandwidth Product, förstärkningsbandbreddsprodukt. Detta tal motsvarar operationsförstärkarens bandbredd vid 0 dB förstärkning. För att få bandbredden vid vald förstärkning delar man helt enkelt GBW med den förstärkning man vill ha och får då en lägstauppskattning av bandbredden för den förstärkningen. Detta gäller oavsett hur många poler OP:n har. Eftersom råförstärkningen är så stor så behöver man normalt inte bry sig om OP:ns frekvensberoende. Det är främst vid kombinationen stor förstärkning och hög frekvens som speciella begränsningar uppkommer. Detta gäller exempelvis vid förstärkning av små signaler från pick-up'er eller dynamiska mikrofoner. I sådana fall kan hög förstärkning åstadkommas med kaskadkoppling av förstärkare. Antag att vi har en standard operationsförstärkare med en maxförstärkning på 100 dB och en enkelpol eller bandbredd på 10 Hz. En sådan förstärkare har då överföringsfunktionen. Säg sedan att vi önskar förstärka 40 dB eller 100 gånger för vår mikrofon. Vi har då. Eftersom råförstärkningen faller 20 dB/dekad och således når 0 dB fem dekader efter enkelpolen har vi.
