SH-2A-basierter Mikrocontroller für Motorregler- und Umrichter-Anwendungen

Renesas stellt mit dem SH7243 einen SuperH-Flash-Mikrocontroller auf Basis des SH-2A-Cores vor, der eigens für Antriebe der mittleren Leistungsklasse sowie für allgemeine Umrichteranwendungen konzipiert ist.

Mit Taktfrequenzen bis 200 MHz und einer Interrupt-Antwortzeit von 6 Zyklen ist der SH-2A-Core von Renesas nicht mehr ausschließlich dem oberen Segment des europäischen Umrichtermarkts vorbehalten. Mit der Einführung des SH7243 können nun auch andere Anwendungsgebiete von hoher Performance und kurzen Interrupt-Reaktionszeiten profitieren.

Die rasche Reaktion auf Interrupts wird durch die Anordnung der zentralen CPU-Register in »Banks« ermöglicht. Die 19 Register sind dafür 15-fach gespiegelt. Mit dieser Technik kann die Interrupt-Subroutine auf einen zweiten Registersatz zurückgreifen, sodass der erste einsatzbereit für die Nutzung nach der Rückkehr aus der Interruptbearbeitung bleibt. Dadurch müssen Registerinhalte nicht auf den Stack geschoben und anschließend von dort wieder zurückgeholt werden.

Beim SH-2A-Core handelt es sich um eine verbesserte Ausführung des SH-2-Cores mit einer Superskalar-Architektur. Er verfügt über zwei Execution Units in der Pipeline, die es ermöglichen, zwei Instruktionen gleichzeitig auszuführen sowie den Code mit der zweifachen CPU-Taktfrequenz abzuarbeiten. Die Harvard-basierte Architektur garantiert zudem, dass keine Buskonflikte zwischen Instruction Fetches und Datenzugriffen auftreten.

Der SH7243 besitzt eine MTU2 Timer Unit, die sechs 16-bit-Timerkanäle enthält. Außerdem unterstützt er bis zu 16 Input-Capture/Output-Compare-Funktionen sowie eine Dreiphasen-PWM-Funktion zur Ansteuerung von Elektromotoren. Weitere Motorregelungs-Features werden durch eine Quadratur-Encoder-Feedback-Funktion und einen Spezialkanal zur Messung der Totzeiten in der Leistungsstufe ermöglicht. Auf diese Weise lassen sich kürzestmögliche Totzeiten erzielen.

Weitere Sicherheits-Features bietet die MTU2 mit ihren Port-Output-Enable-Pins (POE), die eine kürzere und deterministischere Reaktionszeit aufweisen, um ein schnelles Anhalten des Motors sicherzustellen. Der SH7243 enthält die Peripheriefunktion MTU2S, bei der es sich um eine Teilmenge der MTU2 handelt. Mit dem SH7243 lassen sich somit zwei vektorgeregelte Industrie-Umrichter gleichzeitig ansteuern.

Der Mikrocontroller verfügt außerdem über zwei A/D-Wandler mit jeweils vier Kanälen, 12-bit-Auflösung und einer Umwandlungszeit von 1,0 µs. Jeder ADC kann zudem von der MTU2 mit einer vorgegebenen Verzögerungszeit getriggert werden, um Algorithmen wie einen Single-Shunt-Motortreiber zu unterstützen.

Den Funktionsumfang des Bausteins vervollständigen drei UART-Kanäle, ein Watchdog-Timer und ein zweikanaliger Compare-Match-Timer. Der Betriebsspannungsbereich beträgt 3,0 bis 5,5 V. Das 14 x 14 mm große Gehäuse besitzt 100 Pins im 0,5-mm-Raster. Zu den Optionen gehört eine Version mit 128-KByte-Flash-Speicher und 8-KByte-RAM sowie eine Ausführung mit 256-KByte-Flash und 12-KByte-RAM.