Tietoliikenne-elektroniikka

Tietoliikenteeseen liittyvät elektroniikan järjestelmät ovat lisääntyneet huomattavasti viime aikoina. Tietoliikenne-elektroniikkaan liittyvät mm. perinteinen radio- ja antennitekniikka, opto-elektroniikka ja tietoliikenneohjelmistot. Myös tietoliikenne tarvitsee mikroprosessoritekniikkaa, ja tyypillinen tietoliikenne-elektroniikan laite sisältää tehokkaan mikroprosessorin. Jo esimerkiksi Bluetooth-yhteys sisältää monenlaista tietoliikenneominaisuutta, jota olet ehkä joutunut pähkäilemään parittaessa vaikka puhelintasi Bluetooth-kaiuttimen tai kuulokkeiden kanssa.   

Digitaalinen vai analoginen elektroniikka?

Elektroniikka jaetaan myös usein digitaaliseen ja analogiseen elektroniikkaa. Digitaaliseen tekniikkaan lasketaan kuuluvaksi mm. loogiset piirit, em. mikroprosessorit, muistipiirit, ohjelmoitavat porttipiirit ja yleensä komponentit, joilla tehdään laskentaa ja bittien murskausta. Analogiseen elektroniikkaan kuuluvat taas mm. erilaiset vahvistimet, analogiset suodattimet, monet mittaustekniset anturit ja periaatteessa passiiviset komponentit, joista puhutaan kappaleessa 3. Rajan vetäminen digitaalisen ja analogisen elektroniikan välille on vaikeaa, sillä useimmissa laitteissa on sekä digitaalisia että analogisia elektroniikan komponentteja.

Digitaalisen elektroniikan osuus verrattuna analogiseen elektroniikkaan on kasvanut viime vuosikymmeninä suuresti. Syitä kasvuun ovat mm. ohjelmoitavuus, häiriösietoisuus, tallennettavuus, signaalinkäsittelyn mahdollisuudet ja jatkuva integrointiasteen kasvu, jonka avulla lisää digitaalista laskentetehoa saadaan pakattua aina pienemmäksi ja halvemmaksi. Integroinnilla tarkoitetaan, että yksittäiselle IC-piirille (IC - integrated circuit) saadaan pakattua suuri määrä yksittäisiä komponentteja, jotka yhdessä muodostavat jonkin toiminnalisen osan, esim. prosessoripiirin, muistin tai vahvistimen. Joka vuosi saadaan aina enemmän transistoreja mahtumaan samaan tilaan esimerkkiksi tietokoneen tai kännykän prosessorissa, joka vastaa käytännössä laitteen laskennasta, älystä ja suoritustehosta - kts. Mooren laki. 

Jotkut asiat on vain kätevämpi tehdä digitaalisesti, ja digitaalisen laitteen toimintaa voidaan joissain rajoissa jopa muuttaa ohjelman avulla. Digitaalisen laitteen ohjelmallisen muokkauksen olet varmaan huomannut nykyisen päivittelytrendin myötä, jossa kuluttajalle myydään käytännössä keskeneräisiä tuotteita, jonka toimintaa paikkaillaan jälkikäteen ohjelmistopäivityksellä. Joskus tosin laitteeseen voidaan ohjelmallisesti lisätä siitä aiemmin puuttunut ominaisuus, joka täysin analogisesti toteutetulla laitteella olisi hyvin hankalaa. 

Analoginen ja digitaalinen elektroniikka tukevat kuitenkin toisiaan, ja kummallekin osa-alueelle löytyy oma käyttökohteensa. Analogisen elektroniikan katoamista povattiin suuresti 80-luvulla, mutta analoginen elektroniikka elää tänä päivänä vahvana ja kehittyy siinä missä digitaalinen. Analogisia osia tarvitaan mm. antureissa, jotka liittävät elektroniikan ympäröivään maailmaan. Tyypillisillä analogisilla antureilla mitataan mm. lämpötilaa, kiihtyvyyttä, voimaa,  paikkaa, valovoimaa ja jännitettä. Anturoinnin ja sitä kautta analogisen elektroniikan sovellukset ovat kasvaneet merkittävästi ja niiden ennustetaan jatkavan kasvavan mm. esineiden internetin ja ihmiseen liitettävien anturointien myötä.

Usein elektroniikan lokerointi analogiseen, digitaaliseen, tehoelekotroniikkaan, tietoliikenteeseen ja muihin yleistyksiin on vaikeaa tai turhaa. Lähes kaikki elektroniikan laitteet sisältävät osia elektroniikan eri aloilta.

Esimerkkinä kännykkä:

Matkapuhelin sisältää mm.

• analogisia osia: radiovahvistimet ja osa radiovastaanottimesta, äänitaajuusvahvistin kaiuttimelle ja mikrofonille, useita suotimia...
• digitaalisia osia: muistipiirejä, prosessorin ja/tai erikoispiirejä puheen koodaamiseksi, prosessorin ohjaamaan puhelimen käyttöjärjestelmää (näppäimistöt, näyttö, järjestelmähallinta), ...
• sulautettuja ohjelmistoja: em. prosessorien ohjelmat, C-kieltä, ..
• käyttäjän lataamat ohjelmistot, sovellukset ("appsit"): sovellukset toimivat sulautettujen ohjelmistojen ja käyttöjärjestelmän päällä
• tietoliikenne-eletroniikkaa: em. ohjelmistojen äly, yhteensovitus puhelinverkkoon, radioverkkojen protokollat...
• tehoelektroniikkaa: akun latauspiirit, tehonhallinta, ...
• optoelektroniikkaa: näyttö, ledit, kameran monet osat, ...
• antureita: kiihtyvyys, optinen, lämpötila, ...
• radiotekniikkaa: puhelimen RF-osa, antenni, ...
• paljon muuta, mm. tarkkaa mekaniikkaa, akkuteknologiaa, muoviteknologiaa, häiriösuojaustekniikkaa, valmistustekniikkaa, ...

Matkapuhelin sisältää monia eri elektroniikan ja tekniikan osa-alueita. Integroidut piirit  voivat sisältää jopa miljoonia yksittäisiä komponentteja saman kuoren alle pakattuna, kuvassa mustat neliömäiset komponentit.  

Kaikkien elektroniikan osa-alueiden läpikäyminen edes pintapuolisesti on kurssin puitteissa mahdotonta. Pyrimme käymään kurssilla lävitse erilaisia elektroniikan peruskäsitteitä ja sovelluksia hyvin yleisellä tasolla, jotta kuulijalle jää jonkinlainen pintapuolinen käsitys elektroniikan monipuolisesta maailmasta.

Kuvan 1 lähde: globalpressroom.bose.com