המיקרו-בקרים של ®PIC לשימוש עצמאי בציוד היקפי מציעים רמה חדשה של אינטגרציה על מנת לצלוח אתגרי עיצוב קשים

מערכות מוטמעות, הפכו לחלק בלתי נפרד מהחיים. החידושים הטכנולוגיים האחרונים פתחו הזדמנויות עסקיות חדשות ומלהיבות לענקי התעשייה, כמו גם לחברות סטארט-אפ. חברות רבות אשר נלהבות מהפוטנציאל להצלחה כלכלית משמעותית מגלות מוטיבציה להשקיע בפיתוח מוצרים עתידיים המכילים תכונות של טכנולוגיות מתפתחות אלה. מוטיבציה זו יוצרת תחרות אינטנסיבית במגזרי שוק רבים. על מנת לבדל את עצמן בתוך השוק הצפוף, על החברות לשפר את היצע המוצרים שלהן ולייעל את עלות העיצובים שלהן.

הצורך לעמוד בדרישות שוק אלה מעמיד את המעצבים תחת לחץ מתמיד לחדש. הפתרון שלהם לנושא, המיקרו-בקר, חייב גם הוא לעמוד באתגר של צרכי המערכת המתפתחים. במהלך השנים האחרונות, Microchip כבר הציגה את המיקרו-בקרים מסוג ^®PIC אשר מביאות רמות חדשות של אינטגרציה על מנת לספק את השילוב הנכון של תכונות ופונקציונליות שמעצב צריך לפרויקט מסוים. המיקרו-בקרים החדשים של PIC בעלי השבב לשימוש עצמאי בציוד היקפי (CIP) מציעים גמישות, סקלביליות וביצועים משופרים, תוך שמירה על הספק מתח נמוך ופתרונות תחרותיים עבור יישומים רבים. חלק מהמאפיינים המיוחדים של CIP כוללים:

• מודולים עצמאיים הפועלים ללא פיקוח קבוע של יחידת העיבוד המרכזית (CPU)
• חומרה ייעודית על מנת להשיג תפוקה גבוהה וזמן השהיה קרוב לאפס
• אינטראקציה ישירה עם שבבים של ציוד היקפי אחר על מנת להטמיע מערכות סגורות המקיימות את עצמן, לצורך אינטגרציה גבוהה יותר
• מודולים אינטליגנטיים שכמעט ואינם דורשים משאבים מהמעבד על מנת לתפקד
• צריכת חשמל נמוכה עם אפשרות לפעולה במצבים של חיסכון בחשמל, תכונה ההופכת אותם לאידיאליים עבור עיצובים במתח נמוך

CIPs בחומרה מכוונים כדי להטמיע ביעילות את פונקציונליות היעד. העלות הנוספת של תכנון פונקציית המערכת באמצעות CIP נמוכה בהרבה מזו של יישומים דומים, כגון קושחה המחייבת שימוש ב-Flash, RAM, רוחב פס של מעבד ורכיבים חיצוניים.

CIP מאפשר למיקרו-בקרים מסוג PIC לבצע משימות ייעודיות מורכבות מאוד ללא או כמעט ללא אינטראקציה עם המעבד. עקב כך צריכת החשמל הכוללת יורדת והמעבד חופשי לבצע משימות אחרות. בנוסף, החלפה של רכיבים נבדלים מחוץ לשבב בציוד היקפי משולב זה מביאה לחיסכון משמעותי בעלות ה-BOM. באמצעות שחרור משאבי המעבד, CIP מאפשר תהליכים מקבילים יחד עם ה-CPU ללא צורך במיקרו-בקר יקר בעל הספקי עיבוד גבוהים יותר.

אינטגרציה היקפית

CIP נמצא במיקרו-בקרים רבים מסוג PIC כולל סדרות PIC16, PIC18, PIC24, dsPIC33 ו-PIC32MM. חלק מה-CIPs זמינים גם בכמה מסדרות המיקרו-בקרים של 16-bit PIC24 ובקרי אותות דיגיטליים (DSCs) מסוג dsPIC®. מיקרו-בקרים מסוג 32-bit PIC32MM כוללים מחולל טריגר היקפי (PTG), תאים לוגיים הניתנים להתאמה (CLC), מנוע הצפנה בעל מחולל מספרים אקראי (RNG), קומפרקטורים במהירות גבוהה עם פונקציות לסינון ריקון וסינון דיגיטלי, ולכידה/השוואה/אפנון רוחב פולס (MCCP) מרובים.

ביצועים משופרים באמצעות CIP

CIP מפחית את דרישות משאבי המעבד, מאפשר ביצוע של תהליכים מקבילים ומוביל לביצועים משופרים. לדוגמה, מנוע ההצפנה מסוגל לתמוך בהצפנה ובפענוח סימטריים ב-AES, SED ו-3SED. הטמעת הרוטינות הללו בתוכנה דורשת כ-1-6 קילו בייטים של פלאש ו-100-400 בייטים של RAM. מנוע ההצפנה CIP אינו דורש כמעט Flash או RAM, ולכן משאבים אלה זמינים לביצוע פונקציות אחרות הנדרשות על ידי היישום.

כמודול חומרה, מנוע ההצפנה הוא בעל תפוקה גבוהה מאוד בהשוואה ליישום דומה בתוכנה. הוא מצפין ומפענח בערך פי עשר מהר יותר בהשוואה ליישום הצפנה דומה בתוכנה, תוך צריכה של כמעט אותה כמות של חשמל. עקב כך, יעילות האנרגיה הכוללת של היישום משתפרת בכפי עשר. גורמים אלו חשובים עבור יישומים הרגישים לחשמל אשר מצריכים תפוקת נתונים מאובטחת מאוד. משום ש-CIP מסוגל לפעול גם במצב של צריכת חשמל נמוכה כאשר ה-CPU נמצא במצב המתנה, הוא מפחית את צריכת החשמל של המערכת ביישומי האינטרנט של הדברים (IoT) המופעלים על ידי סוללה ודורשים אבטחה.

הרחבת יכולת המערכת וחיסכון בעלויות

כאשר דרישות העיצוב מתפתחות, CIP מסוגל להרחיב את יכולות המערכת על מנת לאפשר עיצובים חדשניים יותר. מחולל הטריגר לציוד היקפי (PTG) הוא רצף לתכנות של המשתמש אשר יוצר מחוללים עם תשומות מורכבות כדי לתאם את פעולתו של ציוד היקפי אחר ונותן מענה לצרכים רבים של המערכת. הוא מפחית את הצורך בהתערבות של ה-CPU ומציע את הגמישות ואת היכולת להוסיף ציוד היקפי מרובה לתוך מערכת סגורה ומגדיל את היכולת הכוללת של המערכת.

ניתן להשתמש ב-PTG ביעילות להטמעת יישומים כמו תיקון מקדם ההספק (PFC) אשר מוטמע בבקרת המנוע. יישום זה דורש שלושה ערוצי PWM כדי לשלוט על תפקוד המנוע ו-PWM נוסף כדי לשלוט על תפקוד ה-PFC. ניתן להשתמש בציוד פשוט להשוואת הספק (OC) כדי להגדיל את מספר ערוצי ה-PWM הזמינים במכשיר מעבר לערוצי ה-PWM המהירים. עם זאת, ביישום-PFC חשוב מאוד להשלים את המשימות הבאות בתוך חלון הזמן הנתון: • סנכרון בקרת מנוע PWM ו-PFC PWM • הפעלת ממיר אנלוגי לדיגיטלי (ADC) וערוצי ADC המשמשים לבקרת המנוע ואיתותי PFC. שתי הדרישות הללו מטופלות ביעילות על ידי מודול PTG יחיד. כאשר ה-PTG משמש כדי לאפשר שילוב של PFC עם בקרת המנוע, העיצוב של שני השבבים מבוטל, ומביא להפחתה משמעותית של רמת עלות המערכת.

חסכון באנרגיה

התקנים ניידים, עבור כף היד, לבישים ועבור אבטחה ביתית הם חלק מהיישומים הפופולריים ביותר ב-IoT. יישומים אלה מופעלים על ידי סוללות ולכן חייבים להציע משך חיים ארוך בין טעינה או החלפה. מיקרו-בקרים המשמשים יישומים אלה חייבים להיות מותאמים לחשמל וגמישים מספיק על מנת להטמיע עיצובים חסכוניים. הדור החדש של המיקרו-בקרים של CIP eXtreme Low Power (XLP) מציע את הטוב ביותר בתעשיית המפרטים בהספק נמוך על מנת להתמודד עם דרישות לצריכת חשמל נמוכה.

מיקרו-בקרים מסוג XLP אלה מציעים מגוון של מצבי צריכת חשמל נמוכה על מנת לענות על דרישות העיצוב השונות. מצבי ה-XLP שומרים על המשאבים השונים של המיקרו-בקרים הפעילים כפי שהוגדרו על-ידי המעצב, בעוד שהמודולים הנותרים מופעלים. על מנת לסייע להביא לצריכת חשמל נמוכה בהטמעה, ה-CIPs במיקרו-בקרים מסוג XLP צורכים מינימום חשמל.

שיפור היצע המוצרים

על מנת להתמודד עם התחרות האינטנסיבית, חברות רבות נמצאות במסע לבידול ולשיפור היצע המוצרים שלהן, כל זאת תוך צמצום עלויות. CIPs מגוונים מאפשרים שיפורים במוצר ללא הוצאות כלליות נוספות. לדוגמה, כדי לשפר את היכולת של מזל”ט לשאת עומס, נדרש מנוע שמסוגל לבצע יותר סיבובים לדקה (סל”ד). יישום לבקרת סל”ד גבוה יותר דורש בדרך כלל מיקרו-בקר בעל כוח עיבוד רב יותר ותכונות אנלוגיות מתקדמות כגון קצב דגימה גבוה ו-ADC רב ערוצי. עם זאת, CIP פועל כמו קומפרקטור במהירות גבוהה (HS Comparator) עם פונקציות לסינון ריקון וסינון דיגיטלי במיקרו-בקר, באמצעות מודול הפניית מתח מדויק, המבטל את הצורך לעבור למיקרו-בקר מתקדם ויקר יותר. צירוף של ציוד היקפי זה משמש כמנטר אות סף על מנת לפקח ביעילות על הפרמטרים של המנוע. מאחר שמדד ה-HS אינו מגביל את קצב הדגימה הנמוך יותר של ADC רגיל, הוא מבטל את הצורך ב-ADC מהיר במיקרו-בקר. דוגמה נוספת לשיפור המוצר היא שיפור הדיוק של השימוש במדדי אנרגיה. הדיוק של מדידת האנרגיה במד בשימוש תלוי בדייקנות של ניטור הפרש המופע בין אותות המתח לזרם הנוכחי על מנת לחשב את הגורם לעומס החשמל. השיטה הנפוצה ביותר למדידת הפרש המופע בין שני אותות היא על ידי השוואת פער הזמן שבין המעבר בין שני אותות האפס וחיוץ של זוויות הפאזה. עבור אומדן מדויק של הפרש מופע, קצב הדגימה צריך להיות גבוה מספיק על מנת למזער את שגיאות החיוץ המתרחשות ב-ADC מהיר. התרחיש נעשה אפילו מסובך כאשר יותר ADC אחד צריך לדגום את כל שלושת אותות המתח, הנוכחיים והנייטרליים, בתרחיש של חלוקת זמן בשל ריבוי משימות. במקרה כזה, הצורך לשיעור דגימה יעיל גדל פי שלושה.

CIPs כגון התא הלוגי הניתן להגדרה (CLC) מסייעים לשפר את הדיוק של מדידת הפרשי המופע על ידי הרחבת של היכולת להטמיע את גלאי פאזת החומרה. שילוב של CLC וציוד היקפי ללכידת קלט (IC) מסוגל למדוד את הפרש המופע שבין שני אותות של אותו תדר. הטמעה זו מציעה רזולוציה טובה יותר וגם מעניקה מידע על הובלה/פיגור. היא מרחיבה את הפונקציונליות של שיפורים מאופשרי CLC ללא צורך לעבור למיקרו-בקר יקר יותר, בעל ביצועים גבוהים יותר.

אופטימיזציה של עיצוב

למרות שמעצבים רבים עשויים להתמקד בבידול, לא ניתן להתפשר על אופטימיזציית רמת העלות של המערכת. המיקרו-בקרים של PIC מציעים מגוון רחב של תכונות כדי לסייע במטרה זו. חלקם כוללים מודולים אנלוגיים משולבים ברמה גבוהה, כולל שבב ADC סיגמה-דלתא, ADC במהירות גבוהה, ומגברים תפעוליים משולבים בשבב יחיד. מודולים אנלוגיים משולבים אלה מבטלים את הצורך ליצור עיצוב מרובה שבבים. פתרון של שבב יחיד מפחית באופן משמעותי את רמת העלות של המערכת וחוסך נדל”ן PCB לטובת אופטימיזציה טובה יותר של עיצובים בחלל מוגבל כגון יישומים לבישים ויישומי חיישנים.

השבבים של CIP מסייעים גם בהטמעת יישומים מורחבים ומשחררים את המעבד מרוטינות דטרמיניסטיות רבות. כתוצאה מכך, הטמעת יישום באמצעות CIP דורשת פחות משאבי מעבד כגון רוחב פס, Flash ו-RAM. באמצעות הסרת העומס מהמעבד, CIP מאפשר הטמעה של תהליכים מקבילים מרובים ללא צורך במולטי-בקרים מרובי ליבות יקרים. כמו מודולי חומרה, CIP מגיב מהר יותר לגירויים ומטמיע את פונקציית היעד בתפוקה גבוהה יותר. תכונות אלה מבטלות את הצורך לעבור למערכות של מולטי-בקרים בעלות קיבולת גבוהה יותר ובעלות יכולת עיבוד גבוהה יותר, ובכך לצמצם את עלויות העיצוב.

ככל שהדרישות והאתגרים עסקיים למערכות מוטמעות ממשיכות להתפתח, במיקרו-בקרים מסוג PIC שלנו בציוד היקפי עצמאי לא רק יענו על הדרישות הנוכחיות שלך, אלא גם כדי יעזר לך להציע עיצובים חדשים וחדשניים בעתיד. בקר ב-www.microchip.com כדי לגלות כיצד מגוון רחב של מוצרים ותמיכה טכנית נהדרת יכולים לעזור לך להישאר צעד אחד לפני מגמות העיצוב של המחר.