Opanowanie wyzwań związanych z napięciem w projektowaniu wbudowanym

Częstym wyzwaniem w konstrukcjach wbudowanych są niedopasowane poziomy napięcia, gdy czujnik lub urządzenie peryferyjne działa w innej domenie napięcia niż mikrokontroler.

Jeżeli te urządzenia zostałyby połączone, mogłyby wystąpić dwie możliwości:

• Urządzenie o niższym napięciu przekroczyłoby parametry wejściowe.
• Urządzenie o wyższym napięciu może nie być w stanie odróżnić „1” od „0” po stronie urządzenia o niższym napięciu.

Typowym rozwiązaniem tego problemu jest zastosowanie przesuwnika poziomu, który dokonuje konwersji z jednej dziedziny napięcia na drugą. Chociaż są to części standardowe, stanowią one uzupełnienie zestawienia komponentów (BOM) i wymagają dodatkowego obszaru PCB. Dodatkowo konfiguracja i zestaw funkcji przesuwnika poziomu będą się różnić w zależności od kierunku sygnałów i innych charakterystyk.

Innym rozwiązaniem jest zastosowanie zintegrowanych portów we/wy z przesunięciem poziomu, znanych jako wielonapięciowe we/wy (MVIO), w mikrokontrolerach PIC® i AVR®. Porty MVIO to porty we/wy, które działają w innej domenie napięcia niż reszta mikrokontrolera. Jest to prawdziwe dwukierunkowe przesuwanie poziomu, a nie tylko piny tolerujące wysokie napięcie.

Domena napięcia MVIO może być wyższa lub niższa niż rdzeń mikrokontrolera, o ile port we/wy znajduje się powyżej minimalnego poziomu operacyjnego i poniżej bezwzględnych maksymalnych wartości znamionowych urządzenia (w większości przypadków jest to od 1,62 V do 5,5 V ). Chociaż wejścia/wyjścia MVIO są zasilane oddzielnie, porty I/O działają jak normalny cyfrowy port wejścia/wyjścia dla mikrokontrolera i jego urządzeń peryferyjnych. Do pinów można przypisać kierunki we/wy, wartości wyjściowe i/lub inne parametry (takie jak otwarty dren, słabe podciągnięcie itp.). W mikrokontrolerach PIC MVIO współpracuje z funkcją Peripheral Pin Select (PPS), natomiast w AVR PORTMUX może być jak zwykle używany do kierowania sygnałów peryferyjnych.

Porty MVIO zasilane są niezależnie od głównego mikrokontrolera. Innymi słowy, nie jest wymagane sekwencjonowanie mocy. Port MVIO może być zasilany, gdy mikrokontroler jest w trybie offline, lub może pozostać niezasilany, gdy mikrokontroler działa. W obu przypadkach mikrokontroler nie ulega uszkodzeniu.

Poza standardowymi funkcjami cyfrowych wejść/wyjść, MVIO posiada również dodatkowy sprzęt do zastosowań służących do wykrywania zdarzeń zasilania na porcie MVIO i pomiaru aktualnego napięcia zasilania. Specyficzne zachowanie będzie się różnić w zależności od urządzenia i architektury (PIC lub AVR), dlatego w tym poście omówione zostaną wyłącznie funkcje MVIO zaimplementowane w rodzinie mikrokontrolerów PIC18-Q24. Dokument techniczny, Używanie wielonapięciowego modułu we/wy w 8-bitowych mikrokontrolerach PIC i AVR (TB3351), zawiera bardziej szczegółowe informacje na temat konfiguracji MVIO w obu architekturach.

Rodzina PIC18-Q24 ma dwa przerwania i wewnętrzny kanał przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC) dla napięcia MVIO w czasie pracy. Przetwornik ADC mierzy bieżące napięcie zasilania MVIO poprzez wewnętrzny dzielnik 10x, aby upewnić się, że napięcie MVIO mieści się w mierzalnym zakresie przetwornika ADC, ponieważ może być wyższe niż napięcie rdzenia. Przerwania pochodzą z wewnętrznego monitora napięcia dedykowanego modułowi MVIO i można je wyłączyć w celu oszczędzania energii.

Monitor napięcia generuje przerwania VDDIOxLVDIF i nVDDIOxnRDYIF. Przerwania te są wrażliwe na poziom, a nie na zbocza, co oznacza, że ​​pozostają aktywne, dopóki warunek istnieje. Powiązane flagi stanu można również odpytywać w oprogramowaniu.

Przerwanie nRDYIF zostaje aktywowane, gdy port MVIO spadnie poniżej wymaganego minimalnego napięcia roboczego, przy którym port MVIO zostanie wyłączony. Przerwanie LVDIF jest aktywowane, jeśli port MVIO spadnie poniżej konfigurowalnego progu, co pozwala programiście wykryć spadek zasilania, ale zanim nastąpi jego całkowita awaria.

Używając tych funkcji z urządzeniami peryferyjnymi MVIO, można rozwiązać wiele problemów związanych z łączeniem różnych domen napięcia. MVIO jest prawie przezroczyste dla mikrokontrolera, co upraszcza tworzenie tych aplikacji. Więcej informacji na temat implementacji MVIO można znaleźć w artykule TB3351 i karcie katalogowej urządzenia. Odwiedź stronę internetową urządzenia, aby uzyskać więcej informacji na temat rodziny mikrokontrolerów PIC18-Q24 lub naszą tabelę parametryczną, aby zobaczyć wstępnie posortowaną tabelę wszystkich urządzeń z MVIO.

Gamma Sp. z o.o. jest autoryzowanym dystrybutorem rozwiązań firmy Microchip Technology w Polsce. Zapraszamy zapoznania się z dokumentacjami nowych mikrokontrolerów PIC18-Q20, PIC18-Q24 z MVIO oraz do kontaktu z naszym działem handlowym.