“Sense it!” per dispositivi sempre più smart
“Sense it! – Smart Analog Solution Kit”, è una piattaforma di valutazione completa per i dispositivi Smart Analog di Renesas Electronics. Questo nuovo kit include le componenti hardware e software, compresi alcuni programmi dimostrativi, di cui uno sviluppatore necessita per la progettazione di sensori industriali intelligenti.
Smart Analog è un concetto esclusivo di front-end analogici flessibili e riconfigurabili che permette un’ntegrazione ottimale in applicazioni dove la dimensione del prodotto finale è importante. Riduce drasticamente gli sforzi di sviluppo e i costi necessari per sviluppare un front-end analogico per sensori. Con gli Smart Analog, non bisogna più preoccuparsi di calibrare reti resistive o collegare componenti discreti per definire il percorso dal trasduttore al microcontrollore. Smart Analog include blocchi funzionali analogici completamente configurabili, tra i quali convertitori AD e DA, amplificatori operazionali (Op-Amp) configurabili secondo varie topologie, sia in modalità operativa a singolo canale che in configurazioni multi stadio quali gli amplificatori da strumentazione. Tramite un software di design analogico fornito da Renesas, o tramite dei registri interni accessibili via seriale (SPI), i progettisti hanno la libertà di accendere o spegnere, calibrare e interconnettere tra loro i diversi blocchi interni allo scopo di configurare il front-end analogico per la propria applicazione finale.
Un “solution kit” innovativo
Il nuovo “Sense it! – Smart Analog Solution Kit”, facilita lo sviluppo di sensoristica intelligente per le applicazioni che richiedono alte prestazioni ed elevata accuratezza, quali sensori di temperatura, di pressione o di misura di flusso. Il kit è in grado di fornire agli sviluppatori una piattaforma capace di ridurre i tempi di sviluppo e accelerare il time to market.
Il Solution Kit viene fornito completo dei seguenti componenti:
- Sense it! Solution Kit scheda principale
- SA Designer, analog design software per PC
- Smart Analog Easy Starter, strumento di valutazione per SA MCU (Smart Analog Microcontroller)
- Firmware dimostrativo
- IO-Link scheda aggiuntiva
- IO-Link v.1.1 device stack per RL78
- E1 debugger
La scheda principale è equipaggiata con il dispositivo SAIC101 di Renesas, appositamente sviluppato per sensori di bridge. Per completare il dispositivo SAIC101, un microcontrollore Smart Analog (SA MCU), conosciuto come RL78/G1E (vedi box dedicato) è stato integrato nella scheda.
La topologia analogica dei vari blocchi del microcontrollore Smart Analog, può essere modificata o calibrata al volo, utilizzando lo strumento di valutazione “Easy Starter” fornito tramite connessione USB tra scheda e computer. Grazie a questo strumento, i clienti possono cambiare l’amplificazione del guadagno, il percorso dei segnali, abilitare o disabilitare i vari blocchi funzionali e aggiustare l’offset o il punto di lavoro degli amplificatori operazionali, mentre il sistema è in funzione in modo dinamico. Una finestra oscilloscopio, permette la visualizzazione degli effetti e dei risultati degli aggiustamenti direttamente nell’hardware. Inoltre, una volta soddisfatti dei cambiamenti effettuati sul front end analogico, lo strumento “Easy Starter” può salvare le personalizzazioni per riferimenti futuri oppure generare il codice C corrispondente necessario per essere incluso nel software generale del sensore, tutto questo sotto l’ambiente di sviluppo di IAR.
Le caratteristiche analogiche di SAIC101
Il dispositivo SAIC101 incorpora molteplici caratteristiche analogiche all’interno di un compatto package FBGA da 36pin da 4mmx4mm. Tra i feature troviamo: un convertitore A/D Sigma delta a 16-bit completo di sequenziatore AUTOSCAN e filtro digitale SINC3; 4 input analogici configurabili come singoli o differenziali; un amplificatore da strumentazione con guadagno programmabile; un sensore di temperatura; un alimentatore per sensori esterni con circuito di protezione per sovracorrenti; un regolatore LDO (Low Drop Out) in grado di erogare 3v/50mA; una tensione di riferimento interna generata da 2 BGR low power ad alta precisione e due LDO. Il dispositivo dispone di una interfaccia seriale, selezionabile come SPI oppure UART, per la configurazione del sistema, per il controllo delle varie funzioni da parte di un microcontrollore esterno e per la trasmissione delle misure al processore esterno. Per uno start-up veloce, la configurazione può essere memorizzata all’interno dei 256 Bytes di memoria Flash integrata. Inoltre, è anche presente un clock dedicato interno.
Le altre potenzialità dello strumento
Le altre potenzialità dello strumentoIl kit Sense it! è completo di una scheda aggiuntiva IO-Link, che facilitare l’integrazione della piattaforma a sensore intelligente in una rete industriale. Renesas ha collaborato con TMG GmbH per includere nel package uno stack IO-Link professionale, in versione di valutazione gratuita, conforme alle ultime specifiche IO-Link versione 1.1. Lo stack può essere utilizzato in combinazione con la scheda IO-Link per arricchire ulteriormente la configurabilità e l’intelligenza della piattaforma Sense It! E’ possibile inoltre ottenere il controllo completo dell’applicazione aggiungendo la configurazione del front-end analogico, attraverso la rete industriale, implementando la parametrizzazione e la configurazione remota della piattaforma.
Una ulteriore caratteristica del kit, è la presenza di una interfaccia LCD insieme a connettori multipli e punti di test. Le interfacce disponibili sono: UART, SPI, I²C, USB device, convertitori AD/DA e GPIOs configurabili per funzionalità alternative. I
Focus sul microcontrollore
Il microcontrollore RL78/G1E è un dispositivo “multi-chip package” (MCP) che integra un front-end analogico (AFE) riconfigurabile e un microcontrollore ultra low power a 16 bit. Il blocco AFE è completo di alcuni circuiti analogici, adatti ad analizzare piccoli segnali, tra questi 3 canali di amplificatori operazionali completamente configurabili, un amplificatore per aggiustamento del guadagno con I/O rail-to-rail e rivelazione sincrona, un circuito di filtri passa alto e passa basso, 4 canali di convertitori D/A, un sensore di temperatura, un generatore di tensione di riferimento interno, ed un regolatore variabile di tensione di uscita.
La parte microcontrollore, invece, è basata sul dispositivo RL78/G1A, che può funzionare con un livello di consumi fino a 66µA/MHz. Include 64KBytes di memoria Flash, 4KBytes di RAM, e 4KBytes di Data flash con funzionalità background, oltre a periferiche di tipo analogico, quali un timer a 16-bit, un oscillatore interno a 32MHz con accuratezza del ±1% convertitori A/D a 12-bit, moltiplicatore e moltiplicatore e divisore con accumulo integrati. Non sono state tralasciate alcune funzioni di sicurezza quali l’autodiagnostica per i canali A/D, il calcolo del CRC e il controllo di parità per la memoria ed il controllo del clock di sistema.
Autore: Bruno Nelta, Industrial & Communications Business Group, Renesas Electronics Europe
