Микроконтроллеры с технологией микропотребления NanoWatt от компании Microchip.

 

Практически все новые микроконтроллеры Microchip имеют передовые функции снижения потребления NanoWatt, что становится весьма привлекательным для применений в устройствах с батарейным питанием.

Микроконтроллеры первых поколений вполне обходились режимом 'sleep', в котором работа микроконтроллера приостанавливалась, а потребление резко уменьшалось. Но скоро этого стало недостаточно, что привело к появлению новой технологии NanoWatt от Microchip, позволяющей более гибко и экономно расходовать энергию батарей.

Микроконтроллеры Microchip, выполненные по NanoWatt технологии, предоставляют уникальные параметры по микропотреблению, диапазоне питающих напряжений и гибкости работы в диапазоне тактовых частот от 0 до 40МГц. Новая технология производства кристаллов PEEC обеспечивает высокие показатели по надежности, времени хранения информации, широкий диапазон рабочих температур и низкую стоимость микроконтроллеров.

Рис. 1. Блок-схема узла ГТИ nanoWatt PIC18F

 

Новая схема тактирования ядра микроконтроллеров.

Микроконтроллеры с функциями контроля потребляемой мощности предоставляют несколько новых функций для увеличения надежности и эффективности системы, а также минимизации стоимости за счет уменьшения числа внешних элементов.

Элементы системы тактирования ядра:
Основной генератор тактовых импульсов (ГТИ) – может работать с внешним резонатором (32кГц…25МГц) или внешним RC-генератором. Предусмотрена схема умножения частоты на 4 (4xPLL), при включении которой ядро может работать на частоте до 40МГц. Если не требуется использовать основной тактовый генератор, то выводы OSC1 и OSC2 могут работать как обычные порты ввода-вывода.

Дополнительный тактовый генератор (генератор таймера 1). Для тактирования ядра необходимо подключить внешний кварцевый резонатор. Модуль Таймера1 существенно изменен, благодаря чему в несколько раз сократился потребляемый им ток. Это позволило в большинстве задач отказаться от специализированной микросхемы при создании часов реального времени, подключая низкочастотный резонатор 32768 Гц непосредственно к модулю Таймера1. Если не использовать TMR1 в качестве дополнительного тактового генератора, то его можно использовать в режим счета внешних импульсов или использовать выводы таймера как обычные порты ввода-вывода.

Внутренний микропотребляющий RC-генератор с умножителем FLL и постделителем. Модуль RC-генератора нечувствителен к изменениям температуры и напряжения питания. При изготовлении производится калибровка генератора не хуже +/-1%, что позволяет во многих задачах (при работе, например, с COM- портом компьютера на скорости 9600) вообще отказаться от использования внешних резонаторов. Внутренний генератор работает на частоте 31кГц. Предусмотрена возможность включения умножителя FLL (x256), для повышения частоты до 8МГц, с возможностью дальнейшего деления. В результате при работе с внутренним генератором можно программно "на лету" выбирать тактовую частоту из 8 значений: 31,25кГц, 125кГц, 500кГц, 1МГц, 2МГц, 4МГц, 8МГц, управляя мультиплексором тактового сигнала.

 

Режимы управления потреблением.

Режимы управления потреблением предоставляют разработчику гибкость переключения между различными режимами, позволяя сводить к минимуму потребляемую эенргию. В большинстве случаев программа контроллера «крутится» в цикле ожидая какого-либо события и лишь часть времени выполняет вычисления. В новых контроллерах семейства PIC18F появляется возможность отключать тактирование ядра на время ожидания, при этом тактирование периферии и таймеров, а значит и их работа, сохраняется. Восстановление тактирования ядра происходит по любому прерыванию. Данный режим позволяет существенно снизить средний потребляемый ток микроконтроллера.

Режим работы SLEEP позволяет полностью останавливать тактирование ядра и периферии. В таком режиме контроллер потребляет минимум энергии. Выход из режима SLEEP осуществляется либо по срабатыванию сторожевого таймера либо по внешнему прерыванию.

Режим сохранения энергии	Источник тактирования ядра	Действие сторожевого таймера (WDT)	Источник тактирования периферии
SLEEP	Не тактируется	Выход из SLEEP	Не тактируется
IDLE режим	Не тактируется	Выход из IDLE	Основной, дополнительный или внутренний RC
RUN режим	Основной, дополнительный или внутренний RC	Сброс	Основной, дополнительный или внутренний RC

 

Ультра-низкопотребляющий выход из SLEEP.

Режим выхода из SLEEP с ультра низким потреблением (ULPW – Ultra Low-Power Wake-Up) впервые появился в микроконтроллерах семейств PIC12F635/683 и PIC16F636. Для выхода из режима SLEEP обычно используется либо внешний сигнал, либо сторожевой таймер Watch Dog. Очевидно, что для этого нужно иметь либо внешнее событие, либо включать сторожевой таймер, который будет потреблять порядка 2мкА. Модуль ULPW позволяет осуществлять периодический выход из SLEEP с меньшим в 10 раз током чем «стандартные» методы. Схемотехника модуля ULPW позволяет плавное изменение напряжения на одном из входов микроконтроллера без увеличения потребления входного каскада. Таким образом, можно подключить к входу микроконтроллера конденсатор, зарядить его (нужно настроить вывод на выход и подать 1), затем переключить вывод контроллера на вход, разрешить прерывание по изменению состояния входа и уйти в режим SLEEP. Конденсатор будет разряжаться через вход (ток ограничен в районе 200нА) и по достижению уровня лог.0 микроконтроллер может выйти из SLEEP по прерыванию (изменение состояние порта).

 

Технология PEEC изготовления Flash-памяти

Свойство Flash технологии PEEC · Высокая стойкость и надежность · 1000000 циклов стирания/записи · Срок хранения более 100 лет · Низкое потребление · Широкий диапазон напряжений: 2,0 – 5,5В · Блочное быстрое программирование · Стирание/запись во всем диапазоне напряжений и температур

Изготовленные по уникальной FLASH- технологии PEEC, микроконтроллеры Microchip обеспечивают высочайшую надежность и допускают до 1.000.000 циклов перезаписи энергонезависимой памяти данных EEPROM и до 100.000 циклов перезаписи FLASH программной памяти. Это позволяет сохранять большие массивы данных непосредственно в программной памяти микроконтроллера с возможностью быстрого извлечения и модификации при помощи команд табличного чтения/записи.

 

Надежность памяти программ.

Микроконтроллеры выполненные по технологии NanoWatt специфицируются и тестируются на надежность памяти программ и числу циклов стирания / записи на трех температурах: 25, 85 и 125?С. Для этих температур гарантированное число циклов стирания / записи составляет 100.000, 10.000 и 1.000, а срок хранения более 100лет при температуре 25?С или более 40 лет при 85?С, что позволяет применять микроконтроллеры Microchip во многих приложениях, включая автомобильные. Следует заметить, что типовые параметры по надежности на порядок выше чем указывается в спецификации.

Надежность памяти данных.

Память программ оптимизирована под высоко-надежные применения. Каждая ячейка памяти данных имеет гарантированный ресурс на число циклов стирания / записи в 1.000.000 при температуре 25?С, 100.000 при 85?С и 10.000 при 125?С.

 

Возможные применения.

Микроконтроллеры Microchip, выполненные по NanoWatt технологии, идеально подходят для устройств с батарейным питанием в задачах где требуется цифровое управление и измерение аналоговых сигналов.

Блоки управления холодильниками
Температурные датчики
Интеллектуальные таймеры
Телефонные аппараты
Контроллеры дисплеев и клавиатуры
UART- контроллеры
Электро-счетчики
Счетчики газа
Счетчики воды
Портативный инструмент
Управление электроприводом
Контроллеры освещением
Интеллектуальные датчики
Сигнализации
Датчики давления в шинах
Контроллеры панели управления
Контроллеры сидений и зеркал
Детекторы движения
Термостаты
Дистанционное управление
Датчики СО, дыма
Игрушки