Jste zde

Perfektní obvody pro aplikace s nízkou spotřebou

, 19. Září 2012 - 0:00

V tomto úvodním článku přinášíme popis dvou obvodů vyvinutých v pražské firmě ASICentrum, návrhovém středisku firmy EM Microelectronic a to 2,4 GHz transceiveru EM9201 a mikrokontroléru EM6819. V příštím článku pak seznámíme se zajímavou aplikací bezdrátového přenosu, vyvinutou ve spolupráci s Laboratoří pro vývoj a realizaci elektrotechnické fakulty ČVUT (LVR), která využívá vlastností právě těchto dvou obvodů.

EM9201 (Fully Integrated Low-Voltage 2.4GHz Transceiver)

Obvod EM9201 je plně integrovaný 2.4GHz transceiver pracující s nízkým napájecím napětím již od 0,8V dodávaným z baterie. EM9201 umožňuje proprietární bezdrátový přenos v ISM pásmu 2.400 až 2.485GHz. Má rádiové jádro s low-IF architekturou a GFSK modulací vyhovující standardu Bluetooth low energy. Ovládání propojovací vrstvy (link layer) je možné přes SPI (sériově periferní) rozhraní využívající externí hostitelský řadič. V obvodu je rovněž zahrnuto FPGA přemostění, které s pomocí externího FPGA umožňuje emulaci libovolného protokolu přes dedikovaný interface obvodu EM9201.

EM9201 může být napájený jedinou 1,5V baterií, použijeme-li DC/DC konvertor. Tento měnič je navržený tak, aby podporoval zátěž, jako například nízkonapěťový mikrokontroler (host) nebo obvod se senzorovým rozhraním s přiděleným aplikačním profilem. Obvod může rovněž fungovat bez DC/DC měniče, pokud jej napájíme z 3V baterie nebo jiného zdroje jako například LDO regulátoru. Není pak třeba žádná externí cívka.

Součástka je k dispozici jako zapouzdřený obvod v pouzdru MLF24 nebo holý čip, a to ve dvou verzích. První verze (s DC/DC konvertorem) je napájena 1,5V baterií. Druhá verze (bez DC/DC konvertoru) může být napájena libovolným napětím v rozmezí 1,9V až 3,6V.

Obvod EM9201 pracuje s komunikační rychlostí 1Mb/s.

Obvod lze použít pro:

bezdrátovou komunikaci obecně
bezdrátové myši, klávesnice, atd.
senzory v hodinkách, sportovní vybavení (sport testery)
alarmy a bezpečnostní systémy
snímání pohybu a bezdrátové měření teploty (viz článek Bezdrátová aplikace s minimální spotřebou)

EM6819 (Ultra Low Power 8 bit Flash Microcontroler)

Obvod EM6819 byl navržený především jako obvod s prodlouženou dobou provozu při napájení z baterie. Rozsah použitelných napětí je v rozmezí od 0,9V do 3,6V a není zapotřebí dalších externích součástí. Funkce hlídající pokles napětí a jeho kontrolu zajišťují spolehlivé fungování i při napětí blízko dolní mezní hodnoty, což samozřejmě přináší i větší spolehlivost ve složitějších funkčních módech. To vše činí obvod EM6819 ideálně použitelným pro mnoho současných náročných aplikací.

Každý ze 24 vstupně-výstupních vývodů je libovolně programovatelný. Mikrokontrolér má duální krystalový a RC oscilátor nastavitelný až do 15MHz. Obvod má 8bitovou architekturu s jádrem CoolRISC speciálně navrženou pro velmi nízkou spotřebu energie. S 2 hodinovými takty na instrukci je EM6819 schopen provádět až 7,5 MIPS při 15MHz a dosahuje tak obdivuhodných 4000 MIPS/watt.

V obvodu EM6819 jsou integrovány i další užitečné funkce, jako například teplotní senzor, 10bitový, 8kanálový A/D převodník, 3terminálový operační zesilovač / komparátor, DC/DC konvertor používající pouze externí cívku a kapacitor (s aktivovaným DC/DC konvertorem funguje až do 0,6V při zátěžovém proudu 10mA) a mnohé další.

EM6819 napájený 1 knoflíkovou baterií (1,5V) je schopen pomocí integrovaného DC/DC konvertoru napájet další komponenty vyžadující 3V napájení a je schopen dodat proud až 40mA.

Obvod EM6819 nabízí i běžnou flash paměť pro data (do 12kB) a programový kód (do 6kinstr.) s uživatelsky definovatelným rozložením paměti mezi těmito dvěma částmi. Snadný update softwaru je zajištěn vestavěnou funkcí automatického zápisu. Myšleno je i na plnou ochranu proti kopírování instrukčního kódu.

Softwarové nástroje fungují v prostředí Windows a obsahují služby pro ISP programování, ladění, C-compiler nebo programátory od různých výrobců. Zajištěna je i programová podpora expertního týmu.

Obvod je dostupný v pouzdrech SO8, TSSOP16/20/28 a QFN20/32 s 8 až 32 vývody.

Mikrokontrolér je také k dispozici v různých variantách lišících se velikostí paměti a obsaženými funkcemi.

Obvod najde uplatnění zejména v přenosných a baterií napájených platformách a v různých spotřebitelských a průmyslových aplikacích:

s periodicky se opakujícími akcemi (kouřové detektory, sportovní a medicínské monitory, hodiny řízené rádiem, inteligemntní senzory, záznamníky dat, měřiče topných nákladů, spotřeby vody a elektřiny)
s akcemi na vyžádání (inteligentní terminály, čtečky karet, měřicí přístroje, multimetry, váhy, řízení a monitirování chodu motoru, LCD drivery pro plastové karty)
s akcemi provozovanými jen zřídka – tam, kde je důležitá nízká standby spotřeba (platební terminály, domácí spotřebiče, holicí strojky)

Oba obvody jsou volně prodejné, prototypové vzorky jsou k dispozici.