Najmniejszy na świecie interfejs analogowy — zbudowany z użyciem GreenPAK

Małe interfejsy analogowe często zajmują więcej miejsca na PCB, niż sugerują ich schematy. Detektor progu czujnika może wymagać komparatorów, układów czasowych, zatrzasku oraz logiki generującej przerwanie lub sygnał sterujący. Każdy komponent wnosi własny footprint, wymagane odstępy montażowe i połączenia trasowane. W urządzeniu ubieralnym lub kompaktowym module czujnikowym te obwody pomocnicze konkurują o miejsce z baterią, anteną i elementami mechanicznymi.

GreenPAK zmniejsza ten obszar przez połączenie detekcji analogowej, funkcji czasowych i konfigurowalnej logiki w jednej małej obudowie. Pozwala to inżynierom skonsolidować całą funkcję interfejsu, w tym układy kwalifikujące zdarzenie analogowe, zanim zareaguje host. Istniejące układy GreenPAK już obsługują takie podejście w obudowach zajmujących zaledwie kilka milimetrów kwadratowych, a nadchodzący SLG46801 doda mniejszą opcję WLCSP oraz możliwość przeprogramowania w systemie.

Integracja interfejsu analogowego

Rozważmy interfejs czujnika, który zgłasza przerwanie, gdy jego wyjście przekroczy próg przez określony czas. Implementacja dyskretna mogłaby wykorzystywać komparator, timer i logikę łączącą zakwalifikowane zdarzenie z sygnałem zezwolenia. Zatrzask mógłby podtrzymywać zdarzenie do momentu jego potwierdzenia przez host. Układy GreenPAK dysponujące odpowiednimi zasobami mogą realizować te funkcje za pomocą wewnętrznych komparatorów, liczników, LUT-ów i przerzutników.

Tego rodzaju konsolidacja wykracza poza zatrzaskiwany interfejs czujnika. Przykłady obejmują wykrywanie progu zasilania, kwalifikację alarmu czujnika lub włączanie innego obwodu po opóźnieniu.

Integracja eliminuje również połączenia między komponentami z PCB. Wyjścia komparatorów i sygnały czasowe mogą być prowadzone przez wewnętrzną matrycę połączeń, co zmniejsza liczbę ścieżek trasowanych wokół interfejsu czujnika. Daje to projektantowi większą swobodę w oddzieleniu wejść analogowych, w tym sygnałów o niskim SNR, od źródeł zakłóceń na PCB.

Rozmiary obudów dostępnych układów GreenPAK

Kilka istniejących układów GreenPAK pokazuje, jak dużo funkcjonalności mieści się w małej obudowie. Poniżej przedstawiono trzy przykłady, przy czym najmniejsza bezwyprowadzeniowa obudowa (STQFN) ma wymiary 1,6 mm × 1,6 mm. Układy z dodatkowymi funkcjami analogowymi lub zasilającymi nadal pozostają kompaktowe, dzięki czemu wybór obudowy może wynikać z wymagań obwodu.

Dla porównania załóżmy, że analogowy front-end wymaga osobnych układów komparatora, timera i logiki, z których każdy zajmuje obudowę 2 mm × 2 mm; ich łączna powierzchnia obudów wynosi 12 mm². Skonsolidowanie równoważnych funkcji w układzie GreenPAK 1,6 mm × 1,6 mm zmniejszyłoby ten obszar do 2,56 mm², czyli o około 79% mniej powierzchni płytki.

Przed wyborem najmniejszej obudowy należy zweryfikować:

• Dopasowanie zakresu wejściowego komparatora do wybranego napięcia zasilania oraz określenie histerezy/czasu reakcji względem wymagań czujnika.
• Dostępne piny i przypisania makrokomórek dla kompletnego interfejsu.
• Tolerancję czasową, zachowanie przy starcie, obciążenie wyjścia i wymagania montażowe.

SLG46801 w WLCSP

Nadchodzący SLG46801 rozwija to podejście integracyjne dzięki pamięci wielokrotnego programowania oraz dwóm zapowiedzianym opcjom obudowy: 1,6 mm × 1,6 mm STQFN i 1,155 mm × 1,155 mm WLCSP. Nadchodzące układy w obudowie WLCSP będą zajmować około 1,33 mm², czyli o około 48% mniej niż wariant STQFN.

SLG46801 integruje dwa szybkie komparatory analogowe, konfigurowalną logikę, liczniki, opóźnienia i oscylatory. Jego wstępna karta katalogowa podaje zakres zasilania od 1,71 V do 5,5 V zarówno dla pracy, jak i programowania. I²C zapewnia dostęp do przeprogramowania w systemie, umożliwiając zmianę obsługiwanych konfiguracji logiki i funkcji czasowych po wdrożeniu. Zapowiedziana dynamiczna współdzieloność funkcji GPIO i I²C dodatkowo pomaga w projektach z ograniczoną liczbą dostępnych pinów.

Nowe układy SLG46801 umożliwiają także wielokrotne programowanie, co oznacza, że urządzenie może być rekonfigurowane w locie podczas pracy. W przypadku interfejsu czujnika możliwość przeprogramowania może wspierać zmianę kwalifikacji zdarzeń lub zachowania sterowania bez konieczności wymiany komponentów.

Wybór WLCSP powinien obejmować analizę zalecanego wzoru pól lutowniczych, geometrii solder maski, zasad trasowania i możliwości montażowych. Inżynierowie mogą już teraz ocenić architekturę interfejsu, a następnie wykorzystać dokumentację obudowy produkcyjnej do finalizacji layoutu. Największe oszczędności powierzchni uzyskuje się przez najpierw skonsolidowanie interfejsu, a dopiero potem wybór najmniejszej obudowy, jaką może obsłużyć płytka i proces montażu.

Użyj GreenPAK do kompaktowych analogowych interfejsów sterowania

Sterowniki resetu oraz wybudzania/usypiania są praktycznymi przykładami opisanej powyżej konsolidacji interfejsu analogowego, ale oczywiście istnieje wiele innych zastosowań analogowego wykrywania oferujących możliwości konsolidacji. Monitorowanie zasilania, detekcja progów, kwalifikacja zdarzeń i synchronizacja resetu mogą współdzielić jeden układ GreenPAK, ograniczając liczbę oddzielnych układów scalonych i połączeń potrzebnych wokół procesora hosta.

Wbudowane komparatory wykrywają stany analogowe, podczas gdy konfigurowalne LUT-y, przerzutniki i liczniki określają, kiedy zgłosić reset, włączyć obwód lub wybudzić host. Te funkcje sprzętowe mogą działać bez oddzielnej pętli sterowania firmware, dzięki czemu procesor może pozostać w stanie uśpienia, dopóki zakwalifikowane zdarzenie nie będzie wymagało jego uwagi.

Narzędzia programistyczne Go Configure pozwalają inżynierom konfigurować te funkcje zgodnie z wymaganiami aplikacji. Przy wyborze układu należy uwzględnić wymagane zasoby analogowe, charakterystykę czasową i dostępne piny przed wyborem obudowy. SLG46801 dodaje możliwość przeprogramowania w systemie dla obsługiwanych zmian konfiguracji, jednocześnie rozszerzając to podejście integracyjne na WLCSP.

Aby dowiedzieć się więcej, zapoznaj się z komponentami GreenPAK i przykładami referencyjnymi.

• Dowiedz się więcej o komponentach GreenPAK
• Zobacz układy i rozwiązania AnalogPAK

Niezależnie od tego, czy tworzysz niezawodną energoelektronikę, czy zaawansowane systemy cyfrowe, skorzystaj z kompletnego zestawu funkcji projektowania PCB i światowej klasy narzędzi CAD oferowanych przez Altium, aby wdrożyć swoje rozwiązania GreenPAK. Altium zapewnia wiodącą na świecie platformę do rozwoju produktów elektronicznych, wyposażoną w najlepsze w branży narzędzia do projektowania PCB oraz funkcje współpracy międzydyscyplinarnej dla zaawansowanych zespołów projektowych. Skontaktuj się z ekspertem Altium już dziś!