Reduzieren Sie die Anzahl Ihrer MCU-Pins: Lagern Sie analoge Aufgaben an GreenPAK aus

Es kommt nur allzu häufig vor, dass Entwickler versuchen, alles mit einem einzigen Prozessor zu erledigen, und nirgendwo trifft das mehr zu als bei Mikrocontrollern. Heutige Mikrocontroller umfassen eine Vielzahl unterschiedlicher Schnittstellen und Funktionen, die häufig in Abstimmung mit Großkunden oder zur Unterstützung spezifischer Anwendungen entwickelt wurden. Dadurch wird die Pin-Anzahl vieler gängiger Mikrocontroller unnötig hoch, und diese Bauteile sind aufgrund der Vielzahl an Pins oft auch physisch recht groß.

Wenn Ihr Mikrocontroller in einem Mixed-Signal-System eingesetzt wird und Sie seine Analog-Pins verwenden, sollten Sie erwägen, die gesamte Analogverarbeitung auf einen Mixed-Signal-Prozessor auszulagern. Diese Bauteile können helfen, die gesamten BOM-Kosten zu senken, indem sie die erforderliche Größe des Mikrocontrollers reduzieren.

Welche MCU-Pins können Sie einsparen?

Die ersten Kandidaten sind Pins, die relativ einfache analoge oder logische Funktionen unterstützen und keine direkte Verarbeitung durch die MCU erfordern. Ein GreenPAK kann zwischen externer Schaltung und MCU platziert werden, die erforderliche Signalkonditionierung oder Entscheidungsfindung durchführen und dem Prozessor eine kleinere Anzahl digitaler Ergebnisse bereitstellen. Dadurch können dedizierte Analogeingänge entfallen und die Zahl der GPIOs reduziert werden, die für Hilfsfunktionen benötigt werden.

Typische Kandidaten sind:

• Analoge Komparator-Eingänge zur Schwellwerterkennung  
• GPIO-Eingänge für Schalter, Taster oder diskrete Statussignale  
• GPIO-Ausgänge für Enable-, Reset- oder einfache Steuersignale  
• Interrupt-Eingänge, die aus mehreren externen Bedingungen erzeugt werden  
• PWM-Ausgänge für wiederkehrende Timing- oder Steuerfunktionen  
• Reset- und Überwachungssignale  
• Eingänge für Puls-, Frequenz- oder Flankenerkennung  
• Einfache Sequenzierungs- und Verriegelungssignale

Komparatorfunktionen sind besonders geeignete Kandidaten. Wenn die MCU lediglich eine analoge Spannung abtastet, um festzustellen, ob sie über oder unter einem Schwellenwert liegt, kann diese Entscheidung extern getroffen werden. Das GreenPAK kann dann einen digitalen Zustand oder Interrupt bereitstellen, sodass die Auswahl der MCU auf den Schnittstellen und Verarbeitungsressourcen basieren kann, die die Anwendung tatsächlich benötigt.

Die Konsolidierung von GPIOs kann ein ähnliches Ergebnis liefern. Mehrere Status- oder Steuersignale können durch konfigurierbare Logik, Timer, Zähler und Zustandsbausteine kombiniert werden, bevor sie die MCU erreichen. Anstatt einzelne Prozessor-Pins für jedes Ereignis vorzusehen, kann das GreenPAK diese Ereignisse qualifizieren und nur die Bedingungen melden, die Firmware-Aufmerksamkeit erfordern.

Wie stark sich die Pin-Anzahl reduzieren lässt, hängt von der Anwendung ab, doch das architektonische Ziel ist klar. Wiederholte Analogüberwachung und deterministische Steuerung sollten nicht den Einsatz eines größeren MCU-Gehäuses erzwingen, wenn diese Funktionen in einem kleinen Mixed-Signal-Baustein implementiert werden können.

Verlagern Sie die Low-Level-Signalverarbeitung aus der MCU heraus

Die Reduzierung der Pin-Anzahl ist nur ein Teil des Nutzens. Viele Mixed-Signal-Systeme belasten die MCU zudem mit repetitiver Verarbeitung, die keine Firmware benötigt. Schwellwertqualifizierung, Taster-Entprellung, Pulszählung, Verzögerungserzeugung, Flankenerkennung und einfache Zustandsübergänge können mit konfigurierbaren Hardware-Blöcken umgesetzt und unabhängig vom Prozessor ausgeführt werden.

Ein Schwellwertdetektor ist ein gutes Beispiel. Ein analoger Komparator kann erkennen, wenn ein Sensor einen definierten Pegel überschreitet, während ein Timer verlangen kann, dass die Bedingung für einen festgelegten Zeitraum gültig bleibt. Die Logik kann dann einen einzelnen Interrupt für die MCU erzeugen. Dadurch werden kontinuierliche ADC-Abtastung, Softwarevergleiche und Timing-Code durch eine Hardwarefunktion ersetzt, die nur das Ereignis erzeugt, das die Firmware benötigt.

Ähnliche Hardware kann Taster-Entprellung, Pulsbreitenqualifizierung, Frequenz- oder Ereigniszählung, verzögerte Enable-Signale, Reset-Timing und Power-Sequencing übernehmen. LUTs und Zustandsbausteine können außerdem mehrere digitale Bedingungen zu Verriegelungen oder einfachen Steuerzuständen kombinieren. Diese Funktionen sind deterministisch und profitieren im Allgemeinen nicht davon, als Firmware-Schleifen implementiert zu werden.

Das Auslagern dieser Funktionen aus der MCU verändert die Komponentenauswahl auf Systemebene. Der Prozessor benötigt dann nicht mehr genügend ADC-Kanäle, Timer-Ressourcen oder GPIOs, um jede Low-Level-Schnittstelle direkt aufzunehmen. Eine kleinere MCU kann dann Kommunikation, übergeordnete Steuerung und Anwendungscode übernehmen, während das GreenPAK lokale Mixed-Signal-Funktionen nahe an der Schaltung ausführt, die diese Signale erzeugt.

Verwenden Sie GreenPAK, um den MCU-Ressourcenbedarf zu reduzieren

GreenPAK kann viele Low-Level-Funktionen übernehmen, die andernfalls MCU-Pins und Peripherieressourcen belegen würden. Komparatorentscheidungen, Reset-Erzeugung, Taster-Entprellung, Pulserkennung, Timing, Sequenzierung und einfache Logik können verarbeitet werden, bevor die Signale den Prozessor erreichen. Die MCU erhält dann eine kleinere Anzahl qualifizierter digitaler Eingänge anstelle jedes Rohsignals im System.

Dies kann die Auswahl der MCU direkt beeinflussen. Ein Design, das ursprünglich mehrere ADC-Eingänge, Timer-Kanäle, Interrupt-Pins und GPIOs erforderte, kann möglicherweise einen kleineren Prozessor verwenden, sobald diese Funktionen konsolidiert sind. GreenPAK kann außerdem Ereignisse qualifizieren, Bedingungen kombinieren und getaktete Ausgänge erzeugen, ohne dass eine kontinuierliche Abfrage durch die Firmware erforderlich ist.

Die Go Configure-Tools unterstützen die Konfiguration dieser Analog-, Timing- und Logikfunktionen. Entwickler können Komparatoren, LUTs, Zähler, Timer, Flip-Flops und GPIO-Ressourcen zum benötigten Signalfluss verbinden, Schwellenwerte und Zeitverhalten definieren, die resultierende Logik simulieren und die Konfiguration in das ausgewählte GreenPAK-Bauteil programmieren.

Wenn Sie mehr erfahren möchten, sehen Sie sich die GreenPAK-Komponenten und Referenzbeispiele an.

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