Miniaturizace
součástek i zařízení postupuje velkým tepem kupředu. Zatímco integrované SMD
součástky jsou někdy již jen stěží viditelné, jak jsou malé, miniaturizace zdrojů
el. energie je již pomalejší. Baterie se tak stávají hlavním limitujícím faktorem
miniaturizace přenosných přístrojů. Z tohoto důvodu je výhrou možnost použít
místo dvou či tří tužkových baterií jen jedinou jednočlánkovou mikrotužkovou
nebo knoflíkovou baterii. Pro tento účel firma Silicon Laboratories vyvinula
zajímavé nízkonapěťové mikrokontroléry řady C8051F9x, které jako první na světě
vystačí jen s jedním napájecím napětí 0,9 V. Navíc se vyznačují spotřebou jen
170 mikroA / MHz v pracovním režimu a méně než 50 nA v ultranízkopříkonovém
sleep módu.
To, že k napájení stačí jen tak malé napětí je dáno tím, že MCU C8051 řady F9 v sobě integrují nejen CIP jádro, paměti a běžné periferie, ale i přesný DC-DC měnič pracující s účinností téměř 90%. Ten může pracovat nejen jako vzestupný, ale i jako sestupný měnič a napájí tak výpočetní jádro a periferie na chipu napětím 1,7 V z externího napětí v rozsahu 0,9 až 3,6 V. Navíc jím lze napájet i externí obvody pomocí programovatelného výstupu poskytující stejnosměrné napětí 1,8 až 3,3 V. Bez povšimnutí však nelze nechat ani plně integrované zdroje hodinového signálu pracující na frekvenci 24,5 a 20 MHz nevyžadující připojení žádné externí součástky, včetně krystalu. K jejich volbě slouží čtyřvstupý multiplexer na jehož zbylé dva vstupy je připojen klasický zdroj hod. signálů s externím krystalem a zajímavý blok pro potřeby přesného časování událostí, označený jako smaRTClock, který může plně nahradit externí 32bitový obvod reálných hodin RTC s funkcí ALARM. Ten je možné provozovat jak s externím krystalem 32.768 kHz zajišťující časování dlouhodobou vysokou přesnost nebo pro méně náročné aplikace lze
Blokové schéma vnitřní struktury nízkonapěťových mikromkontrolérů C8051F9xx (zde konkrétně obvod C8051F920). Hlavní rozdíl mezi jednotlivými typy řady je počet vstupů/výstupů (tedy i velikost pouzdra), velikosti paměti 32 nebo 64 kB, provedení A/D převodníku nebo počet digitálních periferií.
Závislost účinnosti integrovaného DC-DC měniče
Základem mikrokontroléru je pak 25MIPS jádro CIP-51 8051, doplněné o více než 4kB RAM a 64 kB Flash paměti. Již v MCU tradiční periferie, jako jsou 3 časovače, Watchdog, 8 až 16bitové PWM bloky, UART a SPI komunikační rozhraní a až 24 vstupně-výstupních pinů, doplňuje kvalitní 15 nebo 23kanálový 10bitový A/D převodník s možností vzorkování rychlostí až 300 kvzorků/s. Na jeho vstup je připojený i vnitřní teplotní polovodičový senzor využívající teplotní závislost PN přechodu, zdroj referenčního napětí a externí napájecí napětí na pinu VDD, což umožňuje jednoduše programově monitorovat stav napětí baterie. Výborné je rychlé přepnutí z ultranízkého příkonového módu do nízkopříkonového módu umožňující funkci A/D převodníku za méně než 2 mikrosekundy. A/D převodník ještě doplňují dva 23kanálové komparátory optimalizované pro možnost připojení kapacitních tlačítek a tedy možnost realizace stále populárnější dotykové / bezdotykové klávesnice. V případě využití až 21 vývodů (typ C8051F920) jako univerzálních vstupy/výstupy, lze samozřejmě počítat s možností bezproblémového připojení klasických 5V TTL či CMOS signálů, i když je napájecí napětí jen 0.9 V.
Mikrokontroléry Silabs řady F9x jsou dodávány zapouzdřené do miniaturních 24 nebo 32vývodových miniaturních pouzder LQFP či QFN o velikosti 4 x 4 až 7 x 7 mm. Bezproblémové možnosti průmyslového nasazení umožňuje ne úplně obvyklá široký pracovní teplotní rozsah -40 až +85 °C. To umožňuje prakticky bezproblémový provoz přenosných nebo venkovních přístrojů v chladné zimě i v parném létě. |
MCU Silabs C8051 řady F9x lze bezproblémů napájet díky integrovanému DC-DC měniči jak jednou, tak dvěma baterií či akumulátor.
Závěr
Více informací o těchto myslím si zajímavých mikrokontrolérech, včetně podrobných datasheetů a návodů, naleznete na firemních stránkách www.silabs.com. Zde například najdete i podrobný 312stránkový datasheet C8051F93x-92x.pdf obsahující všechny podrobnosti potřebné k použití obvodu. V případě praktického zájmu o tyto integrované obvody je možné kontaktovat distributory v ČR, například firmy MES Praha s.r.o. nebo HT-Eurep Electronics s.r.o.
Antonín Vojáček
DOWNLOAD & Odkazy
- Domovská stránka firmy Silabs (Silicon Laboratories), ýrobce integrovaných obvodů, nejen MCU - www.silabs.com
- Podrobný 312stránkový datasheet k nízkonapěťové řadě C8051F9xx - C8051F93x-92x.pdf
