Сократите количество выводов вашего MCU: передайте аналоговые задачи в GreenPAK

Очень часто разработчики пытаются реализовать всё в одном процессоре, и особенно это характерно для микроконтроллеров. Современные микроконтроллеры включают широкий набор интерфейсов и функций, нередко разработанных в координации с крупными заказчиками или для поддержки конкретных приложений. Из-за этого число выводов у многих популярных микроконтроллеров становится неоправданно большим, а сами компоненты часто оказываются довольно крупными физически, чтобы разместить такое количество выводов.

Если ваш микроконтроллер используется в смешанном сигнале и вы задействуете его аналоговые выводы, рассмотрите возможность переноса всей аналоговой обработки на процессор смешанных сигналов. Такие компоненты могут помочь снизить общую стоимость BOM за счёт уменьшения требуемого размера микроконтроллера.

Какие выводы MCU можно исключить?

Первыми кандидатами являются выводы, поддерживающие относительно простые аналоговые или логические функции, не требующие прямой обработки MCU. GreenPAK может располагаться между внешней схемой и MCU, выполнять необходимое согласование сигналов или принятие решений и предоставлять процессору меньшее количество цифровых результатов. Это позволяет исключить выделенные аналоговые входы и сократить число GPIO, занятых вспомогательными функциями.

Типичные кандидаты включают:

• Входы аналогового компаратора, используемые для обнаружения порогового уровня  
• Входы GPIO, используемые для переключателей, кнопок или дискретных сигналов состояния  
• Выходы GPIO, используемые для сигналов разрешения, сброса или простых управляющих сигналов  
• Входы прерываний, формируемые множественными внешними условиями  
• Выходы PWM, используемые для повторяющихся функций тайминга или управления  
• Сигналы сброса и супервизорного контроля  
• Входы импульсов, частоты или обнаружения фронтов  
• Простые сигналы последовательности и блокировок

Функции компаратора являются особенно полезной целью. Если MCU лишь измеряет аналоговое напряжение, чтобы определить, выше оно или ниже порога, это решение можно принимать вне его. GreenPAK затем может предоставлять цифровое состояние или прерывание, что позволяет выбирать MCU исходя из интерфейсов и вычислительных ресурсов, действительно необходимых приложению.

Консолидация GPIO может дать аналогичный результат. Несколько сигналов состояния или управления можно объединить с помощью конфигурируемой логики, таймеров, счётчиков и элементов состояния ещё до поступления в MCU. Вместо выделения отдельных выводов процессора под каждое событие GreenPAK может квалифицировать эти события и сообщать только о тех условиях, которые действительно требуют внимания прошивки.

Степень сокращения числа выводов зависит от приложения, но архитектурная цель проста. Повторяющийся аналоговый мониторинг и детерминированное управление не должны вынуждать использовать корпус MCU большего размера, если эти функции можно реализовать в небольшом устройстве смешанных сигналов.

Перенесите низкоуровневую обработку сигналов из MCU

Сокращение числа выводов — лишь часть преимуществ. Во многих системах смешанных сигналов на MCU также возлагается повторяющаяся обработка, не требующая прошивки. Контроль порогов, подавление дребезга переключателей, подсчёт импульсов, формирование задержек, обнаружение фронтов и простые переходы состояний можно реализовать с помощью конфигурируемых аппаратных блоков и выполнять независимо от процессора.

Хорошим примером служит пороговый детектор. Аналоговый компаратор может определить, когда сигнал датчика пересекает заданный уровень, а таймер — потребовать, чтобы это состояние сохранялось в течение определённого времени. Затем логика может сформировать одно прерывание для MCU. Это заменяет непрерывную выборку ADC, программные сравнения и код тайминга аппаратной функцией, которая формирует только то событие, которое нужно прошивке.

Похожая аппаратная логика может выполнять подавление дребезга кнопок, квалификацию длительности импульса, подсчёт частоты или событий, задержанное разрешение, тайминг сброса и последовательное включение питания. LUT и элементы состояния также могут объединять несколько цифровых условий в блокировки или простые состояния управления. Эти функции детерминированы и, как правило, не выигрывают от реализации в виде циклов прошивки.

Перенос этих функций из MCU меняет выбор компонентов на уровне системы. Процессору больше не требуется столько каналов ADC, ресурсов таймеров или GPIO, чтобы напрямую обслуживать каждый низкоуровневый интерфейс. Тогда микроконтроллер меньшего размера сможет заниматься коммуникациями, управлением более высокого уровня и кодом приложения, а GreenPAK возьмёт на себя локальные функции смешанных сигналов рядом со схемой, которая их формирует.

Используйте GreenPAK для снижения требований к ресурсам MCU

GreenPAK может взять на себя множество низкоуровневых функций, которые в противном случае потребляли бы выводы MCU и ресурсы периферии. Решения компаратора, формирование сброса, подавление дребезга переключателей, обнаружение импульсов, тайминг, последовательности, а также простая логика могут обрабатываться ещё до того, как сигналы достигнут процессора. В результате MCU получает меньшее количество квалифицированных цифровых входов вместо всех необработанных сигналов системы.

Это может напрямую повлиять на выбор MCU. В конструкции, которой изначально требовались несколько входов ADC, каналы таймеров, выводы прерываний и GPIO, после консолидации этих функций может оказаться достаточно меньшего процессора. GreenPAK также может квалифицировать события, объединять условия и формировать таймированные выходы без непрерывного опроса со стороны прошивки.

Инструменты Go Configure поддерживают настройку этих аналоговых, временных и логических функций. Инженеры могут соединять компараторы, LUT, счётчики, таймеры, триггеры и ресурсы GPIO в необходимую цепочку сигналов, задавать пороги и временные параметры, моделировать получающуюся логику и программировать конфигурацию в выбранное устройство GreenPAK.

Чтобы узнать больше, ознакомьтесь с компонентами GreenPAK и эталонными примерами.

• Узнайте больше о компонентах GreenPAK
• Посмотрите устройства и решения AnalogPAK

Независимо от того, нужно ли вам создавать надёжную силовую электронику или передовые цифровые системы, используйте полный набор функций проектирования печатных плат и CAD-инструменты мирового класса, предлагаемые Altium, для реализации ваших решений GreenPAK. Altium предоставляет ведущую в мире платформу для разработки электронных изделий, включающую лучшие в отрасли инструменты проектирования печатных плат и средства междисциплинарного взаимодействия для передовых команд разработчиков. Свяжитесь со специалистом Altium уже сегодня!