Smart Analog nennt Renesas sein Konzept für die Entwicklung flexibler und rekonfigurierbarer Analog-Frontends (AFE). Das Ziel ist eine optimale Integration für kompakte Lösungen mit geringem Platzbedarf auf der Platine. Das Konzept verringert Entwicklungsaufwand und -kosten beim Design analoger Frontends für Sensoren. Smart Analog spart Systemherstellern Zeit, da eine Abstimmung von Widerstandsnetzwerken oder die Verdrahtung diskreter Bauteile im Signalverarbeitungspfad zwischen Messwandler und Mikrocontroller entfällt.

Smart Analog bietet vollständig konfigurierbare analoge Funktionsblöcke wie A/D- und D/A-Wandler oder Operationsverstärker, die sich für unterschiedliche Topologien im Einkanal-Betrieb oder als mehrstufige Messverstärker konfigurieren lassen. Für eine kundenspezifische Anpassung des analogen Frontends an die Zielapplikation können Anwender jeden Funktionsblock anhand der Analogdesignsoftware SA-Designer über SPI-gesteuerte Register ein- und ausschalten, justieren oder mit anderen verknüpfen.

Umfassende Plattform

Smart Analog gibt Sensorentwicklern eine umfassende Plattform für Analog-Designs an die Hand. Neben dem Analog-Frontend enthält es leistungsfähige Funktionen für die Integration und Anpassung mikrocontrollergestützter Anwendungen; dabei hat der Hersteller auf hohe Systemleistung und niedrigen Stromverbrauch geachtet. So können Entwickler über reduzierte Stücklistenkosten, eine schnellere Markteinführung und optimierte Leiterplatten-Abmessungen Einfluss auf die Kosten des Gesamtsystems einer Anwendung nehmen.

Bild 1: Mit dem Sense-it-Kit können Hersteller von Sensorsystemen die Analogfunktionen, Signalverarbeitung und Kommunikation intelligenter industrieller Sensoren schneller entwickeln.

Bild 1: Mit dem Sense-it-Kit können Hersteller von Sensorsystemen die Analogfunktionen, Signalverarbeitung und Kommunikation intelligenter industrieller Sensoren schneller entwickeln.Renesas Electronics

Das Smart Analog Solution Kit (Bild 1) ermöglicht die Entwicklung intelligenter Sensoren für den Einsatz in der Prozessmesstechnik. Mit dem Kit lassen sich hohe Ansprüche erfüllen in Bezug auf Genauigkeit und Effizienz für die Messung von Temperatur, Druck und Durchfluss. Es bietet eine intelligente, flexible und rekonfigurierbare Plattform, die kürzere Prototyping-Zyklen sowie eine schnellere Produkteinführung ermöglicht.

Alles drin

Das umfangreiche Lösungskit besteht aus folgenden Komponenten:

  • Hauptplatine des Solution Kit
  • Analogentwicklungssoftware SA-Designer
  • Smart Analog Easy Starter, Evaluierungstool für SA MCU (Smart Analog Mikrocontroller)
  • Demo-Firmware
  • IO-Link-Aufsteckmodul
  • IO-Link-v.1.1-Device-Stack für RL78
  • E1 Debugger

Die Hauptplatine enthält mit dem SAIC101 ein Smart-Analog-IC, das für Sensoren mit Brückenausgang ausgelegt ist. Ergänzend zum SAIC101 arbeitet auf der Hauptplatine auch ein Smart-Analog-Mikrocontroller (SA MCU) vom Typ RL78/G1E.

Eckdaten

Das Smart-Analog-Solution-Kit „Sense it“ von Renesas ermöglicht die Entwicklung intelligenter Sensoren für den Einsatz zum Beispiel in der Prozessmesstechnik, die hohe Ansprüche stellt an die Genauigkeit und Effizienz für die Messung von Temperatur, Druck und Durchfluss. Das Kit besteht aus Hauptplatine mit SAIC101 und SA MCU, SA-Designer, SA Easy Starter, Demo-Firmware, IO-Link-Aufsteckmodul und -Device-Stack für RL78 sowie E1 Debugger.

Die Topologie des Analog-Funktionsblocks der SA MCU lässt sich während des Betriebs über den USB-Port auf der Hauptplatine mithilfe des Easy-Starter-Evaluierungstools ändern oder feinjustieren. Mit dieser Funktion können Anwender bei laufendem System dynamisch die Verstärkung sowie den Signalverarbeitungspfad verändern, Funktionsblöcke ein- und ausschalten oder Offsetspannungen sowie den Arbeitspunkt des Operationsverstärkers einstellen. Ein grafisches Oszilloskopfenster visualisiert die Effekte und Ergebnisse der Hardwarejustierung. Ist der Anwender mit den Änderungen am AFE zufrieden, lassen sich diese Funktionseinstellungen zur zukünftigen Verwendung mit dem Easy-Starter-Werkzeug speichern oder C-Quellcode generieren. Dieser Code programmiert die AFE-Konfiguration der Sensoranwendung und passt zur IAR-Workbench-Umgebung.

Analog-IC

Der SAIC101 bietet eine breite Palette an Analogfunktionen in einem kompakten, nur 4 × 4 mm2 großen 36-Pin-FBGA-Gehäuse. Außerdem enthält der Baustein einen 16-Bit-Delta-Sigma-A/D-Wandler mit integriertem Autoscan-Sequenzer und SINC3-Digitalfilter, vier analoge Eingangs-Ports, die sich als asymmetrische oder differenzielle Eingänge konfigurieren lassen, einen Programmable-Gain-Instrumentenverstärker, einen Temperatursensor, eine Stromversorgung für den externen Sensor mit Überstrom-Schutzschaltung, einen integrierten LDO-Spannungsregler mit 3 V / 50 mA sowie eine interne Referenzspannungsquelle, die aus zwei hochpräzisen Low-Power-Bandabstandsreferenzquellen und zwei internen LDOs besteht.

Zusätzlich verfügt der SAIC101 über eine serielle Peripherieschnittstelle (SPI) oder eine UART-Kommunikationsschnittstelle zur Systemkonfiguration, zum Steuern jedes Funktionsblocks über einen externen Mikrocontroller und zum Übertragen der gemessenen Daten an den externen Mikrocontroller. Für schnelles Hochfahren besitzt der Baustein 256 Byte integrierten Flash-Speicher, um die Systemkonfigurationen für jeden Funktionsblock zu sichern, ebenso wie eine interne System-Clock-Schaltung.

Mikrocontroller

Beim RL78/G1E handelt es sich um einen MCP-Baustein (Multi-Chip Package). Er besteht aus einem rekonfigurierbaren AFE-Schaltungsblock (Analog-Frontend) sowie einem stromsparenden 16-Bit-Mikrocontroller. Der Analogblock enthält eine Reihe von Analog-Frontend-Schaltungen für die Signalverarbeitung von kleinen Sensoren, wie etwa drei Kanäle mit voll konfigurierbaren Operationsverstärkern, einen Verstärker mit konfigurierbarem Gain mit Rail-to-Rail-I/O und Synchrondetektor-Funktionen, Hoch- und Tiefpass-Filterschaltungen, vier 8-Bit-D/A-Kanäle, einen Temperatursensor, eine integrierte Referenzspannungsquelle sowie einen Regler für variable Ausgangsspannungen.

Der MCU-Block beruht auf einem RL78/G1A mit einem spezifischen Stromverbrauch von nur 66 µA/MHz. Der Baustein enthält 64 KByte Flash-Speicher, 4 kByte RAM sowie 4 kByte Daten-Flash mit Hintergrundbetriebsfähigkeit. Der Mikrocontroller verfügt über eine breite Palette hochwertiger Analogfunktionen, 16-Bit-Multifunktions-Timer-Arrays, einen 32-MHz-On-Chip-Oszillator mit ±1 % Genauigkeit, hochpräzise 12-Bit-A/D-Wandler sowie auf dem Chip integrierte Multiplikator- und Divider/Multiply-Akkumulator-Schaltungen. Darüber hinaus sind Sicherheitsfunktionen vorhanden. So gibt es eine A/D-Wandler-Selbstdiagnose, CRC-Funktionen und Paritätsüberprüfung für den Speicher sowie eine Taktüberwachung.

Bild 2: Mit dem aufgesteckten IO-Link-Modul integriert sich das Sense-it-Kit in industrielle Feldbus-Netze.

Bild 2: Mit dem aufgesteckten IO-Link-Modul integriert sich das Sense-it-Kit in industrielle Feldbus-Netze.Renesas Electronics

IO-Link-Aufsteckmodul

Renesas liefert das Kit zusammen mit einem IO-Link-Aufsteckmodul (Bild 2), das die Integration der intelligenten Sensorplattform in industrielle Feldbus-Netze ermöglicht. In Zusammenarbeit mit der Firma TMG hat Renesas für das Paket einen hochqualitativen IO-Link-Stack entwickelt, der in vollem Umfang kompatibel zur neuesten IO-Link-Spezifikation 1.1 ist und kostenlos zur Evaluierung bereitsteht. Kunden können den Stack in Kombination mit dem IO-Link-Aufsteckmodul nutzen, um die Konfigurierbarkeit und Intelligenz der Sense-it-Plattform weiter zu verbessern. Darüber hinaus erhalten sie volle Kontrolle über die Sensoranwendung einschließlich einer AFE-Feinabstimmung über das industrielle Feldbus-Netz, wobei eine Fern-Parametrisierung und -Konfigurierung für die Sensorplattform implementiert wird.

Das Solution Kit enthält weiterhin eine universelle LCD-Schnittstelle zusammen mit zahlreichen Steckverbindungen und Testpunkten. Als Schnittstellen stehen UART, SPI, I2C, USB Device, A/D- und D/A-Wandler sowie GPIOs zur Verfügung, die sich für alternative I/O-Funktionen konfigurieren lassen.

Schneller messen

Das „Sense it – Smart Analog Solution Kit“ stellt eine breite Palette von innovativen Lösungen aus Hard- und Software bereit. Es soll Entwicklern und Ingenieuren helfen, Kosten zu sparen und ihre Produkte schneller auf den Markt zu bringen.