Giao diện tương tự nhỏ nhất thế giới - được xây dựng bằng GreenPAK

Các giao tiếp tương tự nhỏ thường chiếm nhiều diện tích PCB hơn so với những gì sơ đồ nguyên lý thể hiện. Một bộ phát hiện ngưỡng cảm biến có thể cần bộ so sánh, mạch định thời, chốt và logic để tạo tín hiệu ngắt hoặc tín hiệu điều khiển. Mỗi linh kiện đều làm tăng footprint, khoảng hở bố trí và phần đi dây riêng. Trong thiết bị đeo hoặc mô-đun cảm biến nhỏ gọn, các mạch phụ trợ này phải cạnh tranh không gian với pin, ăng-ten và các đặc tính cơ khí.

GreenPAK giúp giảm diện tích này bằng cách kết hợp khả năng phát hiện tương tự, định thời và logic cấu hình được trong một vỏ nhỏ duy nhất. Điều này cho phép kỹ sư hợp nhất toàn bộ chức năng giao tiếp, bao gồm cả mạch dùng để xác nhận một sự kiện tương tự trước khi host phản hồi. Các thiết bị GreenPAK hiện có đã hỗ trợ cách tiếp cận này trong các vỏ chỉ chiếm vài milimét vuông, trong khi SLG46801 sắp ra mắt bổ sung tùy chọn WLCSP nhỏ hơn và khả năng lập trình lại ngay trong hệ thống.

Tích hợp giao tiếp tương tự

Hãy xem xét một giao tiếp cảm biến tạo tín hiệu ngắt khi đầu ra của nó vượt quá một ngưỡng trong một khoảng thời gian xác định. Một cách triển khai rời rạc có thể dùng bộ so sánh, bộ định thời và logic để kết hợp sự kiện đã được xác nhận với một tín hiệu cho phép. Một chốt có thể giữ lại sự kiện đó cho đến khi host xác nhận. Các thiết bị GreenPAK có tài nguyên phù hợp có thể thực hiện những chức năng này thông qua các bộ so sánh nội, bộ đếm, LUT và flip-flop.

Kiểu hợp nhất này không chỉ giới hạn ở một giao tiếp cảm biến có chốt. Ví dụ có thể bao gồm phát hiện ngưỡng nguồn, xác nhận cảnh báo cảm biến hoặc kích hoạt một mạch khác sau một khoảng trễ.

Việc tích hợp cũng loại bỏ các kết nối giữa các linh kiện khỏi PCB. Đầu ra của bộ so sánh và tín hiệu định thời có thể truyền qua ma trận kết nối nội bộ, giúp giảm số lượng đường mạch phải đi quanh giao tiếp cảm biến. Điều này cho nhà thiết kế thêm tự do để giữ các đầu vào tương tự, bao gồm cả tín hiệu SNR thấp, tách biệt khỏi các nguồn nhiễu trên PCB.

Kích thước vỏ GreenPAK hiện có

Một số thiết bị GreenPAK hiện có cho thấy mức độ chức năng có thể chứa trong một vỏ nhỏ là lớn đến đâu. Ba ví dụ được đưa ra bên dưới, với kích thước vỏ không chân nhỏ nhất (STQFN) là 1,6 mm × 1,6 mm. Các thiết bị có thêm chức năng tương tự hoặc công suất vẫn rất nhỏ gọn, cho phép việc chọn vỏ bám theo yêu cầu của mạch.

Ví dụ để so sánh, giả sử một mạch front-end tương tự cần các IC bộ so sánh, bộ định thời và logic riêng biệt, mỗi IC có kích thước vỏ 2 mm × 2 mm; tổng diện tích thân vỏ của chúng là 12 mm². Hợp nhất các chức năng tương đương vào một thiết bị GreenPAK 1,6 mm × 1,6 mm sẽ giảm diện tích đó xuống còn 2,56 mm², tương đương giảm khoảng 79% diện tích bo mạch.

Trước khi quyết định dùng vỏ nhỏ nhất, hãy xác minh:

• Đối chiếu dải đầu vào của bộ so sánh với lựa chọn điện áp nguồn, đồng thời xác định hysteresis/thời gian đáp ứng theo yêu cầu của cảm biến.
• Số chân khả dụng và cách gán macrocell cho toàn bộ giao tiếp.
• Dung sai định thời, hành vi khởi động, tải đầu ra và yêu cầu lắp ráp.

SLG46801 trong WLCSP

Thiết bị SLG46801 sắp ra mắt mở rộng cách tiếp cận tích hợp này với bộ nhớ lập trình nhiều lần và hai tùy chọn vỏ đã được công bố: STQFN 1,6 mm × 1,6 mm và WLCSP 1,155 mm × 1,155 mm. Các thiết bị WLCSP sắp ra mắt sẽ chỉ chiếm khoảng 1,33 mm², ít hơn khoảng 48% diện tích so với tùy chọn STQFN.

SLG46801 tích hợp hai bộ so sánh tương tự tốc độ cao, logic cấu hình được, bộ đếm, độ trễ và bộ dao động. Tài liệu dữ liệu xem trước của nó nêu dải điện áp nguồn từ 1,71 V đến 5,5 V cho cả vận hành và lập trình. I²C cung cấp khả năng truy cập để lập trình lại trong hệ thống, cho phép thay đổi các cấu hình logic và định thời được hỗ trợ sau khi triển khai. Tính năng chia sẻ động giữa GPIO và I²C đã được công bố cũng hỗ trợ các thiết kế bị giới hạn về số chân khả dụng.

Các thiết bị SLG46801 mới cũng cho phép lập trình nhiều lần, nghĩa là một thiết bị có thể được cấu hình lại tức thời trong khi đang hoạt động. Đối với giao tiếp cảm biến, khả năng lập trình lại có thể hỗ trợ việc điều chỉnh tiêu chí xác nhận sự kiện hoặc hành vi điều khiển mà không cần thay thế linh kiện.

Việc chọn WLCSP nên bao gồm xem xét land pattern khuyến nghị, hình học solder mask, quy tắc đi dây và năng lực lắp ráp. Các kỹ sư có thể đánh giá kiến trúc giao tiếp ngay từ bây giờ và sử dụng tài liệu vỏ sản phẩm để hoàn thiện layout. Mức tiết kiệm diện tích lớn nhất đến từ việc hợp nhất giao tiếp trước, sau đó chọn vỏ nhỏ nhất mà bo mạch và quy trình lắp ráp có thể hỗ trợ.

Sử dụng GreenPAK cho các giao tiếp điều khiển tương tự nhỏ gọn

Bộ điều khiển reset và đánh thức-ngủ là các ví dụ thực tế về việc hợp nhất giao tiếp tương tự được mô tả ở trên, nhưng tất nhiên còn nhiều ứng dụng cảm biến tương tự khác cũng có cơ hội hợp nhất. Giám sát nguồn, phát hiện ngưỡng, xác nhận sự kiện và định thời reset có thể cùng dùng chung một thiết bị GreenPAK, giúp giảm số lượng IC riêng lẻ và các kết nối xung quanh bộ xử lý host.

Các bộ so sánh trên chip phát hiện các điều kiện tương tự, trong khi LUT, flip-flop và bộ đếm cấu hình được sẽ xác định khi nào cần kích hoạt reset, cho phép một mạch hoặc đánh thức host. Các chức năng phần cứng này có thể hoạt động mà không cần một vòng điều khiển firmware riêng, cho phép bộ xử lý tiếp tục ở trạng thái ngủ cho đến khi một sự kiện đã được xác nhận cần đến sự chú ý của nó.

Các công cụ phát triển Go Configure cho phép kỹ sư cấu hình các chức năng này theo yêu cầu ứng dụng của họ. Việc chọn thiết bị nên tính đến các tài nguyên tương tự cần thiết, đặc tính định thời và số chân khả dụng trước khi chọn vỏ. SLG46801 bổ sung khả năng lập trình lại trong hệ thống cho các thay đổi cấu hình được hỗ trợ, đồng thời mở rộng cách tiếp cận tích hợp này sang WLCSP.

Để tìm hiểu thêm, hãy xem các linh kiện GreenPAK và các ví dụ tham chiếu.

• Tìm hiểu thêm về các linh kiện GreenPAK
• Xem các thiết bị và giải pháp AnalogPAK

Dù bạn cần xây dựng hệ điện tử công suất đáng tin cậy hay các hệ thống số tiên tiến, hãy sử dụng bộ tính năng thiết kế PCB hoàn chỉnh và các công cụ CAD đẳng cấp thế giới do Altium cung cấp để triển khai các giải pháp GreenPAK của bạn. Altium cung cấp nền tảng phát triển sản phẩm điện tử hàng đầu thế giới, đi kèm các công cụ thiết kế PCB tốt nhất trong ngành và các tính năng cộng tác liên ngành dành cho các nhóm thiết kế tiên tiến. Liên hệ chuyên gia của Altium ngay hôm nay!