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MCU於LED節能照明的關鍵應用

2013/11/12    上一則 下一則

繼車用電子、工控領域多年經驗,英飛凌推出XMC1000微控制器家族,以低功耗、產業標準化的ARM Cortex M0核心,專利的BCCU亮度色彩調整單元、電容觸控LED螢幕的驅動,以及馬達轉速控制的設計,搭配圖形化介面的DAVE3整合開發環境的程式碼產生器,協助業者聚焦於HMI人機介面、LED照明與工控馬達應用…


聚焦於能源效率、行動應用與安全防護的MCU應用
放眼2013年全球MCU與DSC市場規模將達到180億美元,英飛凌聚焦於最具未來性的三大應用領域,能源效率(Energy Efficiency)、行動應用(Mobility)以及安全防護(Security)。


「英飛凌(Infineon)憑藉著類比╱混合訊號、節能、嵌入式應用與量產技術等核心競爭力,針對汽車電子、工業控制與保全防護等應用,推出最佳化的MCU產品。」英飛凌市場部經理黃國為提到:「依ZVEI/Infineon統計,各種耗電的電動機台╱設備、電器與電子裝置的耗電量分析,其中馬達就佔55%,照明佔21%,電腦計算與通訊佔10%,其餘佔14%。」

無論冰箱、洗衣機、冷氣,交通運輸車輛,以至於甚至工廠內的自動化機台、半導體製程設備、輕重工業設備都有馬達的設計;若藉由先進的節能控制,可將馬達耗能比重減少25%。另外藉由電子安定器(EC-Ballast)、日光節約措施、HID與LED的導入,可把照明能耗比重降到16%;導入節能設計的消費性電子產品,更可將電源耗能比重降到僅1%,這些也是英飛凌MCU能夠發揮的節能領域。


佈局8至32位元MCU 汽車電子、工控與LED照明應用一把罩

從英飛凌MCU產品規劃來看,過去量產的有8bit 8051相容型MCU,包含有車電╱工控雙用的C5XX、XC800與工控使用的XC800 HOT MCU,16bit C166 MCU部份,則有車電╱工控雙用的C16X、XC16X,工控專用的XE16x,與車電專用的XC2000。英飛凌另有自家開發的32bit 專屬架構─TriCore MCU系列,包含有AUDO NG、AUDO F、AUDO S、AUDO MAX,以及新一代TriCore 核心的TC2xxx MCU系列,全數提供為車用電子使用。

英飛凌於2012年2月推出XMC4000系列MCU─XMC 4100、4200、4400、4500。XMC4000系列採用ARM Cortex-M4處理器核心架構設計,瞄準中高階工控應用。2013年1月推出XMC1000系列MCU,則採取ARM Cortex-M0處理器核心架構,一共有23種型號;依8~200KB Flash記憶體容量設計,以及TSSOP16/28/38與VQFN24/40五種腳位封裝的選擇。定位於低階入門的工業控制應用領域。

XMC1100為基本款MCU,基本指令集核心架構,具備16位元計時器、12位元ADC類比數位轉換與串列通訊介面,其定位在一般用途且容易開發使用。XMC1200功能款MCU,可應用於LED節能照明控制,以及家電HMI人機介面顯示應用。XMC1300工控款MCU,則強化數位電壓轉換與工控馬達控制應用。

XMC1200 MCU架構上,採32MHz工作頻率的ARM Cortex-M0核心設計,16KB SRAM以及16~200KB Flash記憶體配置。週邊部份提供4組16bit擷取比對電路(Capture & Compare 16bitx4, CCU4),ASC、I2C、SPI、I2S、RNG亂數產生器,耐熱溫度拉高到105℃,3組類比比對器、溫度感測器、LED點矩陣觸控顯示器(LED TS)的支援,連接並支援IEC 60929 & IEC 62386的DALI數位定址調光介面(Digital Addressable Lighting Interface)、DMX512(Digital MultipleX)與智慧建築控制KNX(EN 50090, ISO/IEC 14543)等LED燈具。


32bit MCU在LED照明的應用

XMC1200為了強化在LED照明控制的應用,內建了專利的亮度色彩控制單元(Brightness and Color Control Unit;BCCU),能自動調整控制單一色系或多通道的彩色LED燈具。BCCU使用自動化高頻的脈衝密度調變(PDM)機制,提供12位元亮度解析準位,且提供指數調光╱調色機制,提供人眼看來平順且絕無閃爍的LED調光或調色效果。可程式化的點亮切換速率,能廣泛的支援各種LED驅動IC提供相容性。

XMC1200 的BCCU電路,還會在兩個相鄰亮度位階之間輔以濾光處理,在R、G、B三原色亮度快速切換過程中,適度介入做動態調控,使得亮度、色彩的變化更平順自然。同時內建閃爍看門狗計時器(Flicker Watchdog),在一定間隔周期內強制安插最低亮度的位元訊號,以避免LED照明時的明暗閃爍情況。

英飛凌XMC1200提供了近乎0處理器負載的無閃爍調光與色彩控制解決方案,留下更多餘裕空間來驅動DALI或DMX規格的LED燈泡╱燈管。「專門製造LED燈具的公司所開發的LED燈具,使用英飛凌XMC1202-T016X微控制器設計,具備四個LED控制通道,可調整白光或多顏色LED,應用在辦公室、大賣場或醫院照明。」黃國為提到:「其他廠商開發的高瓦數LED路燈,也可以使用XMC1000 MCU做為LED照明控制。」


32bit MCU在工控馬達的應用

XMC1300規格上採32MHz工作頻率的ARM Cortex-M0核心設計,16KB SRAM及16~200KB Flash記憶體配置;內建64MHz數學協同處理器(Math co-Processor),提供溫度感測器、3組類比比對電路、4組16bit擷取比對電路(CCU4),BCCU、ASC、I2C、SPI、I2S,RNG亂數產生器等。耐熱溫度拉高到105℃。新增的CCU8單元,有4組專為多相位PWM調變控制與訊號處理的16bit馬達控制計時器,每個計時器可產生兩對互補的PWM訊號波,彈性化的訊號擷取與比對;外接的POSIF模組則提供霍爾磁通感測計(Hall Sensor)與CCU8搭配,並提供線性(Linear)與正交旋轉編碼器(Quadrature rotary encoder),可支援各種AC馬達、BLDC無刷直流馬達,與PMSM永磁同步馬達等。

XMC1300所內建的數學協同處理器,提供32bit除法電路24bit的CORDIC快速座標轉換電路,縮減除法、三角函數與作標轉換的計算時間,並將FOC磁場導通控制的PARK旋轉向量,執行精確度提高到24bit。

英飛凌藉由初期產生限制數量的授權金鑰並儲存於隱藏記憶體,提供金鑰值給外包的軟體開發商;軟體開發商藉由上游MCU提供的金鑰,對以開發的軟體進行編碼後傳送至OEM/ODM,OEM/ODM再將編碼過的軟體載入晶片;晶片內建的128bit AES解碼電路直接解壓軟體並儲存於記憶體,整個晶片設定成唯讀的防護模式。而從晶圓廠最終量產的晶片,保障MCU應用開發商的軟體智財IP。


共享且開放的開發平台幫助客戶加速開發

英飛凌提供Dave 3第三代圖形化IDE整合開發環境,提供免費的GNU編譯器(Compiler)、偵錯器(Debugger)與載入程式(flash loader),從XMC1000到XMC4500,全系列MCU共用相同的DAVE開發平台,以及眾多已開發的功能應用元件(APPs)。「用戶只須點選用所需的應用模組(Apps),定義互連訊號、I/O腳位定義、所需模組組態等步驟後,就可以自動編譯、產生C語言的目的碼。」黃國為也提到:「DAVE3也開放第三方開發工具鏈(Compiler/Debugger/Flash Programming),像是IDE、硬體ICE、RTOS/MiddleWare中介層、硬體燒錄器的連結呼叫。此外也有Hitex、Microconsult等教育諮詢廠商提供服務。」

英飛凌目前提供符合Arduino單晶片電腦板規範的XMC1100、XMC1200與XMC1300 MCU等可啟動工程套件,應用套件像LED彩色照明(XMC1200+RGB+白色LED)、馬達控制套件(XMC1300+24V PMSM變頻+電源供應器)。

黃國為總結XMC1000系列32bit MCU,選用產業標準化的ARM Cortex-M0處理器核心,並以65奈米製程與12吋晶圓(300mm Wafer)的量產技術所打造,是感測網╱驅動器、LED照明、電源轉換,與低階馬達控制等應用的最佳化32bit MCU架構。英飛凌也提供XMC1000系列MCU的原廠網頁,DAVE IDE整合開發環境網頁,與XMC系列MCU的專屬討論區(MC Forum)。MC1100/1200/1300微控制器,依內建8~200KB Flash容量區分,從2013年3月起開始送樣。 

 

 

 

 

摘錄電子S3版 

 


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