L'interfaccia analogica più piccola del mondo, realizzata con GreenPAK

Le piccole interfacce analogiche spesso occupano più area sul PCB di quanto i loro schemi lascino intendere. Un rilevatore di soglia per sensori può richiedere comparatori, circuiti di temporizzazione, un latch e logica per generare un interrupt o un segnale di controllo. Ogni componente aggiunge il proprio footprint, le distanze di posizionamento e il routing. In un modulo sensore indossabile o compatto, questi circuiti di supporto competono per lo spazio con la batteria, l’antenna e gli elementi meccanici.

GreenPAK riduce quest’area combinando rilevamento analogico, temporizzazione e logica configurabile all’interno di un unico piccolo package. Questo consente agli ingegneri di consolidare un’intera funzione di interfaccia, inclusa la circuiteria che qualifica un evento analogico prima della risposta dell’host. I dispositivi GreenPAK esistenti supportano già questo approccio in package che occupano solo pochi millimetri quadrati, mentre il prossimo SLG46801 aggiunge un’opzione WLCSP più piccola e la riprogrammabilità in-system.

Integrazione dell’interfaccia analogica

Consideriamo un’interfaccia sensore che attiva un interrupt quando la sua uscita supera una soglia per una durata specificata. Un’implementazione discreta potrebbe usare un comparatore, un timer e una logica che combina l’evento qualificato con un segnale di abilitazione. Un latch potrebbe mantenere l’evento finché l’host non lo riconosce. I dispositivi GreenPAK con risorse adeguate possono implementare queste funzioni tramite comparatori interni, contatori, LUT e flip-flop.

Questo tipo di consolidamento va oltre un’interfaccia sensore con latch. Gli esempi includono il rilevamento di una soglia di alimentazione, la qualificazione di un allarme del sensore o l’abilitazione di un altro circuito dopo un ritardo.

L’integrazione elimina anche le connessioni tra componenti dal PCB. Le uscite dei comparatori e i segnali di temporizzazione possono viaggiare attraverso la matrice di connessione interna, riducendo il numero di tracce instradate attorno all’interfaccia sensore. Questo offre al progettista maggiore libertà nel mantenere gli ingressi analogici, inclusi i segnali a basso SNR, separati dalle sorgenti di rumore sul PCB.

Dimensioni dei package GreenPAK esistenti

Diversi dispositivi GreenPAK esistenti dimostrano quanta funzionalità possa essere racchiusa in un piccolo package. Di seguito sono riportati tre esempi, con una dimensione minima del package leadless (STQFN) di 1,6 mm × 1,6 mm. I dispositivi con funzioni analogiche o di potenza aggiuntive rimangono compatti, consentendo di scegliere il package in base ai requisiti del circuito.

Come esempio di confronto, supponiamo che un front-end analogico richieda IC separati per comparatore, timer e logica, ciascuno con un package da 2 mm × 2 mm; la loro area del corpo combinata è di 12 mm². Consolidando funzioni equivalenti in un dispositivo GreenPAK da 1,6 mm × 1,6 mm, quell’area si ridurrebbe a 2,56 mm², ovvero una riduzione di circa il 79% dell’area occupata sulla scheda.

Prima di scegliere il package più piccolo, verificare:

• Che l’intervallo di ingresso del comparatore corrisponda alla tensione di alimentazione selezionata e determinare isteresi/tempo di risposta in base ai requisiti del sensore.
• I pin disponibili e l’assegnazione delle macrocellule per l’interfaccia completa.
• Tolleranza di temporizzazione, comportamento all’avvio, carico in uscita e requisiti di assemblaggio.

SLG46801 in WLCSP

Il prossimo SLG46801 estende questo approccio di integrazione con memoria multi-time programmable e due opzioni di package annunciate: un STQFN da 1,6 mm × 1,6 mm e un WLCSP da 1,155 mm × 1,155 mm. I futuri dispositivi WLCSP occuperanno circa 1,33 mm², ovvero circa il 48% di area in meno rispetto all’opzione STQFN.

SLG46801 integra due comparatori analogici ad alta velocità, logica configurabile, contatori, ritardi e oscillatori. La sua datasheet preliminare specifica un intervallo di alimentazione da 1,71 V a 5,5 V sia per il funzionamento sia per la programmazione. I²C fornisce l’accesso per la riprogrammazione in-system, consentendo di modificare dopo la distribuzione le configurazioni supportate di logica e temporizzazione. La condivisione dinamica annunciata delle funzioni GPIO e I²C aiuta inoltre i progetti con disponibilità limitata di pin.

I nuovi dispositivi SLG46801 consentono anche la multiprogrammabilità, il che significa che un dispositivo potrebbe essere riconfigurato al volo durante il funzionamento. Per un’interfaccia sensore, la riprogrammabilità può supportare una revisione della qualificazione degli eventi o del comportamento di controllo senza sostituire i componenti.

La scelta del WLCSP dovrebbe includere una verifica del land pattern raccomandato, della geometria della solder mask, delle regole di routing e della capacità di assemblaggio. Gli ingegneri possono valutare fin da ora l’architettura dell’interfaccia e usare la documentazione del package di produzione per finalizzare il layout. Il maggior risparmio di area deriva dal consolidamento prima dell’interfaccia e poi dalla scelta del package più piccolo che la scheda e il processo di assemblaggio possono supportare.

Usa GreenPAK per interfacce di controllo analogico compatte

I controller di reset e wake-sleep sono esempi pratici del consolidamento dell’interfaccia analogica descritto sopra, ma naturalmente esistono molte altre applicazioni di sensing analogico che offrono opportunità di consolidamento. Monitoraggio dell’alimentazione, rilevamento di soglia, qualificazione degli eventi e temporizzazione del reset possono condividere un unico dispositivo GreenPAK, riducendo gli IC separati e le interconnessioni necessarie attorno a un processore host.

I comparatori on-chip rilevano le condizioni analogiche, mentre LUT, flip-flop e contatori configurabili determinano quando attivare un reset, abilitare un circuito o riattivare l’host. Queste funzioni hardware possono operare senza un loop di controllo firmware separato, consentendo al processore di rimanere in sleep finché un evento qualificato non richiede la sua attenzione.

Gli strumenti di sviluppo Go Configure consentono agli ingegneri di configurare queste funzioni in base ai requisiti della propria applicazione. La selezione del dispositivo dovrebbe tenere conto delle risorse analogiche richieste, del comportamento di temporizzazione e dei pin disponibili prima di scegliere il package. SLG46801 aggiunge la riprogrammabilità in-system per le modifiche di configurazione supportate, estendendo al contempo questo approccio di integrazione al WLCSP.

Per saperne di più, dai un’occhiata ai componenti GreenPAK e agli esempi di riferimento.

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