Die kleinste analoge Schnittstelle der Welt – entwickelt mit GreenPAK
At a Glance
Sehen Sie, wie GreenPAK die PCB-Fläche für analoge Schnittstellen reduziert und wie der kommende SLG46801 WLCSP-Gehäusetechnologie mit Reprogrammierbarkeit im System kombiniert.
Kleine analoge Schnittstellen beanspruchen auf der Leiterplatte oft mehr Fläche, als ihre Schaltpläne vermuten lassen. Ein Schwellenwertdetektor für einen Sensor kann Komparatoren, Timing-Schaltungen, ein Latch und Logik zur Erzeugung eines Interrupt- oder Steuersignals erfordern. Jede Komponente bringt ihren eigenen Footprint, Platzierungsabstand und Routing-Aufwand mit sich. In einem Wearable oder kompakten Sensormodul konkurrieren diese Hilfsschaltungen mit Batterie, Antenne und mechanischen Merkmalen um den verfügbaren Platz.
GreenPAK reduziert diese Fläche, indem analoge Erkennung, Timing und konfigurierbare Logik in einem einzigen kleinen Gehäuse kombiniert werden. Dadurch können Ingenieure eine komplette Schnittstellenfunktion konsolidieren, einschließlich der Schaltung, die ein analoges Ereignis qualifiziert, bevor der Host reagiert. Bestehende GreenPAK-Bausteine unterstützen diesen Ansatz bereits in Gehäusen mit nur wenigen Quadratmillimetern Fläche, während der kommende SLG46801 zusätzlich eine kleinere WLCSP-Option und eine Umprogrammierung im System bietet.
Integration analoger Schnittstellen
Betrachten Sie eine Sensorschnittstelle, die einen Interrupt auslöst, wenn ihr Ausgang für eine bestimmte Dauer einen Schwellenwert überschreitet. Eine diskrete Implementierung könnte einen Komparator, einen Timer und eine Logik verwenden, die das qualifizierte Ereignis mit einem Enable-Signal verknüpft. Ein Latch könnte das Ereignis halten, bis der Host es quittiert. GreenPAK-Bausteine mit geeigneten Ressourcen können diese Funktionen über ihre internen Komparatoren, Zähler, LUTs und Flip-Flops implementieren.
Diese Art der Konsolidierung geht über eine verriegelnde Sensorschnittstelle hinaus. Beispiele sind die Erkennung eines Versorgungsschwellenwerts, die Qualifizierung eines Sensoralarms oder das Aktivieren einer anderen Schaltung nach einer Verzögerung.
Die Integration entfernt außerdem Verbindungen zwischen Komponenten von der Leiterplatte. Komparatorausgänge und Timingsignale können über die interne Verbindungsmatrix geführt werden, wodurch sich die Anzahl der Leiterbahnen rund um die Sensorschnittstelle verringert. Das gibt dem Entwickler mehr Freiheit, analoge Eingänge, einschließlich Signalen mit niedrigem SNR, von Störquellen auf der Leiterplatte getrennt zu halten.
Vorhandene GreenPAK-Gehäusegrößen
Mehrere bestehende GreenPAK-Bausteine zeigen, wie viel Funktionalität in ein kleines Gehäuse passt. Drei Beispiele sind unten aufgeführt, mit einer minimalen bleifreien Gehäusegröße (STQFN) von 1,6 mm × 1,6 mm. Bausteine mit zusätzlichen analogen oder Leistungsfunktionen bleiben kompakt, sodass sich die Gehäuseauswahl an den Schaltungsanforderungen orientieren kann.
Beispielbaustein | Kleine Gehäuseoption | Gehäusegrundfläche | Relevante integrierte Ressourcen |
SLG46120 | 1,6 mm × 1,6 mm STQFN | 2,56 mm² | Zwei Komparatoren, Logik, Zähler und Verzögerungen |
SLG46116 | 1,6 mm × 2,5 mm STQFN | 4,00 mm² | Zwei Komparatoren, Logik, Timing und ein P-Kanal-Leistungsschalter |
SLG46620 | 2,0 mm × 3,0 mm TQFN | 6,00 mm² | Sechs Komparatoren, ein 8-Bit-SAR-ADC, zwei DACs und Logik |
Als Vergleichsbeispiel nehmen wir an, dass ein analoges Frontend separate ICs für Komparator, Timer und Logik benötigt, die jeweils ein Gehäuse von 2 mm × 2 mm belegen; ihre gesamte Gehäusegrundfläche beträgt dann 12 mm². Die Konsolidierung gleichwertiger Funktionen in einem 1,6 mm × 1,6 mm GreenPAK-Baustein würde diese Fläche auf 2,56 mm² reduzieren, also um etwa 79 % weniger Leiterplattenfläche.
Bevor Sie sich für das kleinste Gehäuse entscheiden, prüfen Sie:
- Passen Sie den Komparator-Eingangsbereich an die gewählte Versorgungsspannung an und bestimmen Sie Hysterese/Reaktionszeit anhand der Sensoranforderungen.
- Verfügbare Pins und Makrozellenzuweisungen für die vollständige Schnittstelle.
- Timing-Toleranz, Einschaltverhalten, Ausgangslast und Fertigungsanforderungen.
SLG46801 im WLCSP
Der kommende SLG46801 erweitert diesen Integrationsansatz um mehrfach programmierbaren Speicher und zwei angekündigte Gehäuseoptionen: ein 1,6 mm × 1,6 mm STQFN und ein 1,155 mm × 1,155 mm WLCSP. Die kommenden WLCSP-Bausteine werden etwa 1,33 mm² belegen, also rund 48 % weniger Fläche als die STQFN-Option.
Der SLG46801 integriert zwei schnelle analoge Komparatoren, konfigurierbare Logik, Zähler, Verzögerungen und Oszillatoren. Laut vorläufigem Datenblatt beträgt der Versorgungsspannungsbereich sowohl für Betrieb als auch Programmierung 1,71 V bis 5,5 V. I²C ermöglicht den Zugriff für die Umprogrammierung im System, sodass unterstützte Logik- und Timing-Konfigurationen auch nach der Inbetriebnahme geändert werden können. Die angekündigte dynamische gemeinsame Nutzung von GPIO- und I²C-Funktionen hilft zudem bei Designs mit begrenzter Pin-Verfügbarkeit.
Die neuen SLG46801-Bausteine ermöglichen außerdem Mehrfachprogrammierbarkeit, was bedeutet, dass ein Baustein im laufenden Betrieb spontan neu konfiguriert werden kann. Für eine Sensorschnittstelle kann die Umprogrammierbarkeit eine angepasste Ereignisqualifizierung oder ein geändertes Steuerverhalten unterstützen, ohne Komponenten austauschen zu müssen.
Bei der Auswahl von WLCSP sollte das empfohlene Land-Pattern, die Lötstoppmaskengeometrie, die Routing-Regeln und die Fertigungsfähigkeit geprüft werden. Ingenieure können die Schnittstellenarchitektur bereits jetzt bewerten und die Layout-Finalisierung anhand der Produktionsdokumentation für das Gehäuse vornehmen. Die größten Flächeneinsparungen ergeben sich, wenn zuerst die Schnittstelle konsolidiert und anschließend das kleinste Gehäuse gewählt wird, das von Leiterplatte und Fertigungsprozess unterstützt wird.
GreenPAK für kompakte analoge Steuerschnittstellen einsetzen
Reset- und Wake-/Sleep-Controller sind praktische Beispiele für die oben beschriebene Konsolidierung analoger Schnittstellen, doch es gibt natürlich viele weitere Anwendungen der analogen Erfassung mit Konsolidierungspotenzial. Versorgungsüberwachung, Schwellenwerterkennung, Ereignisqualifizierung und Reset-Timing können in einem einzigen GreenPAK-Baustein zusammengefasst werden, wodurch sich die Anzahl separater ICs und Verbindungen rund um einen Host-Prozessor verringert.
On-Chip-Komparatoren erkennen analoge Zustände, während konfigurierbare LUTs, Flip-Flops und Zähler festlegen, wann ein Reset ausgelöst, eine Schaltung aktiviert oder der Host aufgeweckt werden soll. Diese Hardwarefunktionen können ohne separate Firmware-Regelschleife arbeiten, sodass der Prozessor im Schlafmodus bleiben kann, bis ein qualifiziertes Ereignis seine Aufmerksamkeit erfordert.
Die Go Configure-Entwicklungswerkzeuge ermöglichen es Ingenieuren, diese Funktionen entsprechend den Anforderungen ihrer Anwendung zu konfigurieren. Bei der Bausteinauswahl sollten die erforderlichen analogen Ressourcen, das Timing-Verhalten und die verfügbaren Pins berücksichtigt werden, bevor das Gehäuse gewählt wird. Der SLG46801 ergänzt diese Integrationsstrategie um die Umprogrammierung im System für unterstützte Konfigurationsänderungen und erweitert sie zugleich auf WLCSP.
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