휴대용 장치의 동작 제어에 이상적인 초저전력 마이크로 컨트롤러

휴대용 및 배터리 구동식 장치는 어디에나 있으며 점점 더 일상적인 기능을 제어하고 있습니다. 이에 대한 완벽한 예로 기계적 동작과 방향 제어를 위한 모터가 있는 소형 로봇 청소기를 들 수 있습니다. 지금은 이러한 것이 일상적인 기능처럼 보일 수 있지만, 이러한 소형 로봇 내부의 전자 소자는 전체 처리 도구 상자를 통합하면서 설계자를 소형 폼 팩터, 무게 및 전력 효율성의 한계로 계속 밀어붙입니다.

이는 많은 필수 전자 소자를 하나의 IC에 통합할 수 있을 때 유용합니다. Analog Devices의 MAX32672GTL+가 바로 그 경우입니다. 이는 특별히 배터리 구동식 장치 및 무선 센서용으로 설계된 초소형, 초저전력, 고집적 32비트 마이크로 컨트롤러입니다. 이 부품은 부동소수점 장치(FPU)를 갖춘 강력한 ARM Cortex M4 프로세서이며, 복합적인 센서 처리와 배터리 수명 최적화 덕분에 장치 설계에 적합합니다.

MAX32672GTL+의 응용 분야에는 상상하시는 바와 같이 동작/모터 제어, 산업용 센서, 배터리 구동식 의료용 장치가 포함됩니다. 이러한 응용 분야는 광학 통신 모듈 및 보안 무선 모뎀 컨트롤러까지 확장될 수도 있습니다.

MAX32672GTL+의 기능 블록 다이어그램은 이 소형 파워하우스의 유용성을 보여줍니다(그림 1).

그림 1: MAX32672GTL+ 마이크로 컨트롤러의 블록 다이어그램은 Arm M4 코어부터 실질적인 메모리, 보안, 전력 관리, I/O 지원에 이르기까지의 전력 및 유연성을 보여줍니다. (이미지 출처: Analog Device Inc.)

메모리부터 시작하면, MAX32672GTL+는 1메가바이트(Mbyte)의 플래시 메모리와 200킬로바이트(Kbytes)의 SRAM을 통합합니다. 오류 수정 기능을 갖춘 내부 플래시 메모리는 비휘발성 프로그램 및 데이터 보관에 사용됩니다. 이는 동일한 크기의 두 개 뱅크로 구성되어 있어 실시간 펌웨어 업데이트를 위한 execute-while-write 작업이 가능합니다.

내부의 200Kbyte SRAM은 응용 프로그램 정보 및 관련 데이터에 대한 저전력 유지를 지원합니다. 시스템 신뢰성 향상을 위해 SRAM은 단일 오류 수정 및 이중 오류 감지(SEC–DED) 코드와 함께 160KB로 구성되어 데이터 손상으로부터 메모리 장치를 보호할 수 있습니다. 중요한 오류 수정 코딩은 전체 플래시, RAM 및 캐시에 구현되어 열악한 환경 조건에서 신뢰성 높은 코드 실행을 보장합니다.

지극히 중요한 전력 관리 및 제어를 위해 고성능 및 저전력 소비 옵션 조합을 제공하는 다중 모드 기능이 있습니다. 여기에는 공급 전압 및 브라운아웃 모니터가 포함되어 있어 전력 강하/전력 공급 이벤트 및 예기치 않은 공급 과도 현상이 발생하는 동안 적절한 작동을 보장합니다.

MAX32672GTL+는 I²C, I²S, SPI, UART를 포함하는 여러 직렬 I/O 주변 기기와 함께 여러 I/O 대역폭을 포함합니다. 양방향 I²C 인터페이스 인스턴스는 100kbps ~ 3400kbps의 전송 속도에서 작동할 수 있습니다. SPI 인터페이스는 최대 50Mbps에서 작동할 수 있으며 4선 구성에서 전이중 작동을 지원합니다. 양방향 I²S 오디오 버스는 오디오 증폭기 및 코덱과 함께 작동합니다.

마지막으로 UART 인터페이스는 독립적인 보드 속도 생성기를 갖춘 2선 또는 4선 버스 구성을 사용하여 전이중 비동기 직렬 통신을 제공합니다. 저전력 UART(LPUART)는 최저전력 절전 모드에서 작동하여 데이터 손실 없이 절전 해제 활동을 가능하게 합니다.

직렬 인터페이스 외에도 주변 장치 믹스에는 최대 42개의 범용 I/O(GPIO) 핀, 최대 4개의 32비트 타이머, 최대 2개의 저전력 32비트 타이머, 12채널 12비트 연속 근사화 레지스터(SAR) 아날로그-디지털 컨버터(ADC)가 포함됩니다.

순수한 하드웨어 지원 관점에서 직렬 데이터 링크, I/O 핀, ADC의 조합은 MAX32672GTL+를 상당한 데이터 처리가 필요한 모터 및 기타 회전 기계를 위한 강력한 컨트롤러로 만듭니다.

제어 및 로보틱스 설계를 가속화하는 유연한 지원

우수한 지원 도구가 없는 하드웨어는 제한적입니다. MAX32672GTL+는 이러한 문제가 없습니다. 응용 분야별 도구에는 아날로그 또는 디지털 센서를 모두 모니터링하여 펄스 폭 변조 신호를 생성하고 구적 샤프트 인코더에서 데이터를 디코딩하는 기능이 포함됩니다. 저는 모터 제어 및 로보틱스 응용 프로그램을 목표로 하는 도구를 정말 좋아합니다. 이는 복잡성을 대부분 제거하며 설계를 훨씬 쉽게 시작하고 실행할 수 있도록 합니다.

구적 디코더 인터페이스는 2상 신호 라인(QEA 및 QEB)과 샤프트 인코더의 인덱스 신호(QEI)에 기반하여 회전하는 기계 샤프트의 샤프트 각도 및 회전 속도를 해독합니다. 디코드 작동의 각도 분해능을 제어할 수 있도록 사용자 선택 카운트다운 X1, X2 또는 X4가 제공되니다. 샤프트의 회전은 사전 설정 위치에 도달하는 등의 특정 이벤트와 함께 32비트 위치 카운터(QDEC)에서 추적됩니다. QDEC 값은 샤프트의 현재 각도 위치를 나타냅니다. 다른 출력은 동작, 방향 및 회전 방향의 변화를 나타냅니다(그림 2).

그림 2: 구적 입력 QEA 및 QEB(구적 클록에 의해 클로킹됨)는 회전 방향에 따라 QDEC 카운터를 증가시키거나 감소시킵니다. 출력 신호는 이동(QDEC_INTFL), 방향(QDIR), 방향의 변화(QDEC_INTRL)를 나타냅니다. (이미지 출처: Analog Devices Inc.)

MAX32672GTL+는 장치 보안을 위해 고급 암호화 표준(AES) 하드웨어를 통합합니다. AES 키는 소프트웨어에 의해 자동으로 생성되며 무단 변조로부터 보호하기 위해 전용 플래시 영역에 저장됩니다. 여기에는 순수 난수 생성기(TRNG)가 포함되어 있어 데이터 프라이버시를 보장하기 위해 암호 시드 또는 강력한 암호화 키에 난수를 제공합니다.

이러한 모든 처리 능력은 5mm x 5mm x 0.4mm 크기에 불과한 소형 40핀 TQFN-EP 패키지에 포함되어 있습니다. 이 장치에는 5개의 서로 다른 전력 모드가 있어 전력 소비를 최소화하면서 작동 시 뛰어난 유연성을 제공합니다. 1.1V 공급에서 작동하는 마이크로 컨트롤러는 활성 모드에서 단 61.6mA/MHZ를 소모합니다(최대 100MHZ의 최대 클록 속도까지).

Analog Devices MAX32672EVKIT# 평가 키트는 MAX32672GTL+ 마이크로 컨트롤러의 기능을 측정하기 위한 플랫폼을 제공합니다(그림 3). 이 마이크로 컨트롤러에 대해 알아보는 사람은 누구든지 이 평가 기판이 설계에 매우 좋은 시작점이라는 사실을 알 수 있습니다.

그림 3: Analog Devices MAX32672EVKIT# 평가 키트에는 프로그래밍된 시연 및 사용자 개발 프로그램에 대한 액세스를 지원하는 MAX32672GTL+가 있습니다. (이미지 출처: Analog Devices Inc.)

처음으로 전력이 들어오면 평가 기판은 시연 프로그램을 실행합니다. 그 이후, 평가 기판은 내부 I/O 포트를 통한 액세스를 제공하며 사용자 고유의 프로그램을 쓸 수 있도록 소프트웨어 개발 키트(SDK)가 제공됩니다.

결론

MAX32672GTL+는 모터/동작 제어, 산업용 센서 및 배터리 구동식 의료 장치를 위한 강력하고 유연한 소형, 저전력, 솔루션입니다. 로봇 청소기가 그 완벽한 예입니다. 평가 키트와 풍부한 도구 지원을 통해, 이를 기반으로 하는 여러 다른 흥미로운 설계가 곧 확산될 것이라고 생각합니다. 이러한 설계를 구상 중이시라면 제게 공유해 주세요.