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Wissenswertes zu Schnittstellen ICs

Schnittstellen-ICs stellen eine Brücke zwischen verschiedenen Signalquellen dar. So lassen sich Signale in andere Umwandeln, um zum Beispiel elektrische Signale in digitale umzusetzen. Ebenfalls werden mit ihnen verschiedene Signalstandards zueinander kompatibel. Es gibt eine Vielzahl von Schnittstellen die für verschiedene Funktionen ausgelegt sind.

Was sind ICs und Schnittstellen ICs?

 

Auf vielen Leiterplatten befinden sich Mikrochips. Diese beinhalten elektrische Schaltungen, welche die unterschiedlichsten Aufgaben erfüllen können. Da bestimmte Schaltungsvarianten immer wieder vorkommen, werden diese in einem Bauelement, dem IC, zusammengefasst. IC ist die Kurzfassung von "Integrated Circuit" und heisst auf Deutsch: Integrierte Schaltung oder Integrierter Schaltkreis.

In diesen ICs können sehr viele Bauteile untergebracht werden, welche mithilfe von Halbleitermaterialien sehr kleine Abmasse erreichen. Durch automatisierte Herstellungsprozesse werden Transistoren, Dioden oder Widerstände auf hauchdünne Plättchen aufgebracht. Die Schaltungen werden durch ein Gehäuse geschützt.

Integrierte Schaltkreise sind in zahllosen Geräten und Schaltungen zu finden, zum Beispiel in Computern, Haushaltsgeräten und Smartphones. Um verschiedene Signalquellen umzuwandeln beziehungsweise kompatibel zu machen, kommen Schnittstellen ins Spiel. Die Schaltungen für diese Schnittstellen sind in ICs zusammengefasst. Dabei können die ICs als Baugruppe für umfangreiche Systeme dienen oder die Basis für ein Gerät darstellen.

Was sind Schnittstellen ICs?

Es gibt sehr viele verschiedene Signalschnittstellen und damit auch viele ICs, welche diese umsetzen. Wichtige Schnittstellen-ICs sind:

E-A-Erweiterungen

Mikrocontroller bieten eine bestimmte Anzahl an Eingängen und Ausgängen. Für bestimmte Anwendungen reichen diese nicht aus. Mit E-A-Erweiterungen ist es möglich, deren Anzahl zu erhöhen.

Möglich macht das die Verwendung von Schnittstellen wie der I²C-Schnittstelle. Hierbei ist es möglich über nur zwei Anschlüsse viele Informationen zu Senden bzw. zu Empfangen und damit zusätzliche Eingänge und Ausgänge zu bedienen. Es ist darauf zu achten, dass Controller und ICs dieselbe Schnittstelle benutzen.

Treiber, Empfänger, Transceiver

Treiber, Empfänger und Transceiver sind in der Lage, die Kommunikation zwischen verschiedenen seriellen Schnittstellen zu ermöglichen.

Sensor-, Detektor-Schnittstellen

Sensoren beziehungsweise Detektoren wandeln eine bestimmte Information wie beispielsweise die Temperatur in ein elektrisches Signal um. Um das Signal auszuwerten, werden sie unter Umständen verstärkt und an ein Messgerät weitergegeben. Zur Auswertung mit Computern kann das analoge Signal in ein digitales umgewandelt werden und über Schnittstelle (zum Beispiel USB) an einen Computer gesendet werden.

Spezialisierte Schnittstellen

Spezialisierte Schnittstellen werden für bestimmte Anwendungen beziehungsweise Geräte entwickelt. Ein Beispiel: Mechanische Taster erzeugen ein rauschendes Signal, welches mit einem IC geglättet werden kann. Dazu ist der Schnittstellen-IC so konstruiert, dass er auch in schwierigen Umgebungen funktioniert und deshalb einen elektrostatischen Schutz besitzt.

Multiplexer, Demultiplexer

Beim Multiplexer wird aus einer bestimmten Anzahl von Eingängen jeweils ein Eingang auf einen Ausgang geschalten. Der Demultiplexer ist das Gegenstück, bei dem ein Eingang auf mehrere Ausgänge geschalten werden kann. Das Prinzip entspricht dem eines Drehschalters, nur wird hier nicht mechanisch, sondern mithilfe von Halbleiterbauteilen geschalten.

Encoder, Decoder, Wandler

Decoder wandeln Signalquellen, wie zum Beispiel analoge PAL- oder NTFS-Fernsehsignale in RGB-Signale um, die von einem Bildschirm wiedergegeben werden können. Das Gegenstück dazu ist der Encoder, welcher die Signale in die andere Richtung umwandelt. Es gibt Schnittstellen, welche sowohl Encoder als auch Decoder beinhalten und so als Wandler zusammengefasst werden.

Serialisierer, Deserialisierer

Serialisierer wandeln Objektdateien in einen Datenstrom um. Dieser Datenstrom ist eine Folge von Bytes und lässt sich so auf einen Datenträger schreiben. Mit Serialisierern lassen sich beispielsweise Dateien so umsetzen, dass sie auf eine CD geschrieben werden können. Deserialisierer verfolgen den umgekehrten Prozess.

Steuerungen

Steuerungen bilden eine Brücke zwischen verschiedenen Übertragungsprotokollen oder dienen als Controller, um auf Basis eines Protokolls zwischen verschiedenen Anschlüssen zu vermitteln. Ein Beispiel hierfür sind USB-Hubs.

UART

UART (Abkürzung für Universal Asynchronous Receiver Transmitter) werden für serielle Datenübertragungen verwendet. So können über eine Datenleitung sehr viele Informationen übertragen werden. UART dienen als Sender und Empfänger der Daten.

CODEC

Als CODEC werden Analog-Digital-Wandler bezeichnet. Mit ihnen kann beispielsweise ein digitales Audiosignal von einem MP3-Player in ein analoges Signal umgewandelt werden, welches Kopfhörer wiedergeben können. Der Vorgang ist auch umgekehrt möglich, also analoges zu digitalem Signal.

Filter, aktiv

Mit Filtern lassen sich Frequenzen eines Signals absenken oder verstärken. Ein Tiefpassfilter lässt beispielsweise tiefe Frequenzen passieren und senkt dagegen hohe ab.

Stimmenaufnahme, Wiedergabe

Stimmenaufnahme- bzw. Wiedergabe-ICs können Audiosignale aufnehmen und von einem Speicher Wiedergeben. Dabei sind Elemente wie Mikrofonvorverstärker, Filter oder Lautstärkeregelung bereits integriert.

Universal-Wandler (UTIs)

Universalwandler können eine grosse Anzahl unterschiedlicher Eingangssignale verarbeiten. Beispielsweise lassen sich damit mehrere physikalische Grössen wie Temperatur, Druck oder Luftfeuchtigkeit über Sensoren messen und an einen Mikrocontroller weiterleiten.

Direkte digitale Synthese

Als direkte digitale Synthese wird das Verfahren bezeichnet, Signale zu erzeugen, welche periodisch Ablaufen. Mit programmierbaren ICs lassen sich auf dieser Basis verschiedene Signale in Sinus-, Dreieck- oder Rechteckform erzeugen und einstellen.

Modems

Mit Modems lassen sich Signale über weite Strecken übertragen. Dafür benötigt es zwei Modems – eines als Sender und eines als Empfänger. Das sendende Gerät moduliert das Signal auf eine hohe Frequenz, während das empfangende Gerät die Frequenz demoduliert, sodass das Signal wieder die Ausgangsform annimmt.

Signalpuffer, Wiederholer, Splitter

Signalpuffer, Wiederholer und Splitter werden verwendet, um Erweiterungsslots zu kontrollieren. Beim Einstecken von Kartenmodulen in einen Slot erfolgt die Signalübertragung erst, wenn die Karten korrekt eingesteckt wurden. Dies wird über eine Signalabfrage erreicht und schützt vor fehlerhaften Daten. Ebenfalls werden die übertragenen Daten der Karte weiterverarbeitet.

Telekommunikation

ICs, die für Telekommunikation ausgelegt sind, können Telekommunikationsstandards umgehen und Signale entsprechend verarbeiten.

Fazit – Umfangreiche Auswahl

In der Signalverarbeitung werden verschiedene Signalquellen umgewandelt. Dafür gibt es eine umfangreiche Auswahl an Schnittstellen-ICs, welche verschiedene Aufgaben übernehmen können. Durch die automatisierte Herstellung von ICs ist es möglich, diese Bauelemente günstig und in breiter Ausführung zu Verfügung zu Stellen.

 

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