Что делает микросхему контроллера сброса «умной»?

Во многих сложных устройствах используется несколько подсистем, часто со своими собственными блоками питания, обработки изображения на экране и сенсорными интерфейсами. Им также может требоваться функция постоянной работы, как во многих потребительских и медицинских устройствах. Обеспечить режим always-on несложно, однако реализовать управляемый сброс системы при возникновении сбоя или по запросу пользователя на перезапуск системы уже не так просто.

Большинство распространённых решений для сброса, которые мы видели ранее, реализуются на небольших микроконтроллерах. Хотя микроконтроллеры, безусловно, на это способны, для реализации полноценного решения по сбросу им часто требуются периферийные компоненты, при этом даже у самых компактных устройств остаётся много неиспользуемых выводов. Существует также проблема обработки смешанных сигналов, которую многие малые микроконтроллеры выполнять не могут, и поэтому им требуется внешний набор компараторов или ADC.

Вместо проектирования схемы на базе микроконтроллера и написания специальной прошивки для работы такого решения, сброс системы гораздо проще реализовать с помощью процессора смешанных сигналов, такого как GreenPAK. Такие решения не требуют прошивки и программируются на уровне кремния, что делает их действительно более предпочтительным вариантом по сравнению со сбросом системы, выполняемым микроконтроллерами.

Базовые функции контроллера сброса

Не всем электронным устройствам нужен контроль сброса; их можно просто выключить и снова включить, и они всегда будут запускаться в одном и том же состоянии без каких-либо управляющих действий, сохранённых данных или обработки. Многие конструкции, в которых реализована цифровая обработка и интеграция периферии через несколько ASIC, существенно отличаются: им требуется определённая временная последовательность и порядок включения/выключения периферийных устройств или подсистем при подаче и снятии питания. Контроллеры сброса помогают реализовать этот процесс, в идеале — в виде однокристального решения.

Простые контроллеры системного сброса отслеживают GPIO, выход ADC или выход компаратора, который фактически служит триггером или индикатором условия сброса. После срабатывания контроллер сброса должен выполнить заданную последовательность действий, чтобы перевести систему и её периферийные устройства через управляемое отключение и повторный запуск. Конкретные обязанности контроллера сброса после срабатывания обычно включают:

• Активацию линий сброса или разрешения для каждого периферийного устройства или подсистемы в правильном порядке, в соответствии с временными требованиями каждого устройства
• Удержание каждой линии сброса в активном состоянии в течение минимального времени, указанного для последующего компонента
• Формирование последовательности сигналов отключения питания таким образом, чтобы зависимые подсистемы выключались до снятия питающих шин
• Повторное включение питающих шин и снятие сигналов сброса при подаче питания в обратном порядке с соблюдением всех необходимых задержек между этапами
• Предоставление системе-хосту сигнала состояния или выхода «сброс завершён» после завершения всей последовательности

Что делает контроллер сброса интеллектуальным?

Контроллер сброса становится «умнее», когда он может считывать большее количество индикаторных сигналов, логически их обрабатывать и определять нужное условие срабатывания перед началом процесса сброса. В общем случае простым контроллерам сброса для запуска требуется цифровой вход. Более продвинутые контроллеры сброса могут принимать несколько типов сигналов:

• Последовательности импульсов
• Аналоговые сигналы постоянного тока
• Цифровые сигналы стандартных логических уровней
• Аналоговые измерения от ADC
• Выпрямленные сигналы переменного тока
• Команды по последовательному интерфейсу

В более сложных системах смешанных сигналов любой из этих типов сигналов — или все сразу — может использоваться как индикатор для запуска системного сброса. Интеллектуальный контроллер сброса должен не только принимать любые из этих сигналов на вход, но и обрабатывать их цифровой логикой для запуска последовательности сброса. Затем контроллеру сброса необходимо реализовать точный набор временных управляющих воздействий и переключающих сигналов для сброса системы.

Как обработка смешанных сигналов работает в контроллерах сброса

Ключевая задача контроллера сброса смешанных сигналов заключается в преобразовании различных аналоговых индикаторов в сигналы логического уровня, которые могут участвовать в детерминированном цифровом принятии решений. Аналоговые входы редко поступают в форме, пригодной для непосредственного использования цифровой логикой, поэтому входной каскад контроллера сброса должен предварительно подготовить каждый сигнал перед его подачей на этап логической обработки.

Для аналоговых сигналов постоянного тока, таких как шина напряжения или выход датчика, встроенный компаратор сравнивает измеренный уровень с программируемым опорным напряжением. Когда сигнал пересекает порог, выход компаратора переключается в логический HIGH или LOW, создавая чистый цифровой индикатор. Для сигналов переменного тока тракт немного длиннее: сначала сигнал выпрямляется на кристалле для получения огибающей постоянного тока, а затем эта огибающая оценивается компаратором относительно опорного уровня. Измерения на основе ADC следуют похожей схеме, где оцифрованный результат сравнивается с сохранённым порогом для формирования логического выхода.

После того как каждый аналоговый вход сводится к индикатору логического уровня, управление переходит к блоку цифровой обработки контроллера. Этот блок обычно содержит следующие элементы:

• Таблицы поиска (LUT), которые объединяют несколько логических индикаторов в составные условия срабатывания
• D-триггеры и защёлки, которые хранят информацию о состоянии и синхронизируют асинхронные входы
• Конфигурируемые счётчики и элементы задержки, обеспечивающие выполнение временных требований, таких как интервалы подавления дребезга или минимальные времена удержания до подтверждения сброса

В таблице ниже приведено краткое описание тракта обработки сигнала для каждого типа входа.

Такая архитектура гарантирует, что каждый вход, независимо от его исходной природы, поступает на этап цифровой логики как унифицированный сигнал логического уровня. Затем LUT и последовательностные элементы оценивают полный набор условий и, когда выполняются запрограммированные критерии срабатывания, инициируют последовательность выходных сигналов сброса с точным управлением по времени.

Используйте GreenPAK для интеллектуальных контроллеров сброса

Renesas GreenPAK упрощает проектирование интеллектуальных контроллеров сброса, объединяя полный входной тракт смешанных сигналов и цифровую логику в одном программируемом устройстве. Встроенные компараторы, источники опорного напряжения и входы ADC обрабатывают уровни постоянного тока, огибающие переменного тока и пороговое детектирование без необходимости во внешних аналоговых компонентах, таких как банки компараторов или резистивные делители опорного напряжения.

Конфигурируемые LUT, триггеры и элементы задержки выполняют точные последовательности сброса непосредственно в кремнии. Без необходимости сопровождать дополнительную прошивку или учитывать задержки загрузки GreenPAK обеспечивает надёжное решение без прошивки, которое экономит место на плате и сокращает время разработки по сравнению с традиционными микроконтроллерами.

Инструменты разработчика Go Configure дают проектировщикам возможность создавать полностью настраиваемые контроллеры системного сброса, способные работать со смешанными сигналами. Эти программируемые процессоры смешанных сигналов позволяют использовать https://www.renesas.com/en/products/programmable-logic/greenpak-programmable-mixed-signal-products/greenpak-solutions/reset-ic для создания более компактных и эффективных систем.

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

• Узнайте больше о компонентах GreenPAK
• Просмотреть решения GreenPAK для таймеров системного сброса

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