Infineons XMC-Controller Anwendungsoptimiert - statt von der Stange

Infineon Technologies adressiert mit seinen XMC-Controllern auf Basis von ARM-Prozessoren spezifische Anwendungsbereiche und setzt als Differenzierungsmerkmal auf applikationsoptimierte Peripherieblöcke.

Infineon Technologies zielt mit seinen XMC-Controllern – XMC1000 mit Cortex-M0 und XMC4000 mit Cortex-M4 – auf fünf Segmente:

  • »Home & Professionals« - darunter fallen Haushaltsgeräte, Klimaanlagen, Elektrowerkzeuge. • »Building Automation« mit Anwendungsschwerpunkten im Bereich Beleuchtung und Motorsteuerungen (für Jalousien, Türöffner etc.).

  • »Power & Energy« - hier geht es um Stromversorgungen für Server, Solarumrichter, Schaltnetzteile und für Batteriemanagement. Laut Christian Daniel, Marketing-Leiter der Industrie-MCUs für Infineon Technologies, zeichnet sich dieses Segment durch starke Zuwachsraten aus. Daniel: »Wurden früher in Stromversorgungs-Designs Analogkomponenten eingesetzt, gibt es mittlerweile viele Entwickler, die auf Digital Power setzen.« Dieser Trend habe im Hochleistungssegment wie Servern seinen Anfang genommen, sei jetzt aber auch im niedrigen Leistungsbereich, bis hin zur Beleuchtung, festzustellen. »Der digitale Ansatz kann den analogen preislich durchaus ausstechen«, erklärt Daniel weiter.

  • »Transportation« mit den Bereichen CAV (Commercial, Construction and Agricultural Vehicles) und E-Bikes.

  • »Factory Automation« mit industriellen Antrieben, Antrieben für Pumpen und Lüfter, I/O-Modulen und Micro-PLCs.

Die XMC1000-Familie umfasst vier Serien: XMC1100, XMC1200, XMC1300 und ab dem ersten Quartal 2016 auch XMC1400. Der Prozessorkern der XMC1000-Controller ist mit bis zu 48 MHz getaktet, die Peripherals mit bis zu 96 MHz, an Flash stehen den Entwickler bis zu 200 KByte zur Verfügung. Infineon hat die XMC1000-Serie mit applikationsspezifischen Peripherieblöcken versehen, um sie für bestimmte Absatzmärkte zu optimieren.

  • XMC1100: Als Einstieg in die 32-Bit-Welt ist die XMC1100-Serie zu verstehen. Mit diesen Controllern will Infineon heutige Entwickler, die noch mit 8-Bit-Controllern arbeiten, den Übergang in die 32-Bit-Welt ermöglichen, sprich diese Controller sind mit ihrem Basis-Funktionsumfang für zahlreiche Industrieanwendungen auf niedrigste Kosten getrimmt.

  • XMC1200: Infineon zielt mit seinen XMC1200-Controllern vor allem auf den Beleuchtungsmarkt. Dementsprechend hat das Unternehmen die Controller mit einem Modul für die automatische Ansteuerungen von LEDs ausgestattet, die sogenannte BCCU (Brightness and Color Control Unit) mit neun Kanälen. Daniel: »Die BCCU ist über die ERU (Event Request Unit) mit den On-Board Analogkomparatoren und den Timern verknüpfbar. Das ermöglicht stufenlose Farbübergänge und flimmerfreies Dimmen der LEDs, ohne die CPU zu belasten.«

    Für LED-Beleuchtungen unterstützen die XMC1200-Controller zusätzlich diverse AC/DC-Topologien wie einstufige Flyback/Boost-PFC, quasiresonante Flyback/Boost PFC und LLC HB. Geht es um eine Leistungsfaktorkorrektur, werden Topologien wie CCM/CrCM/DCM, quasiresonante/synchrone Abwärtswandler und Halbbrücken unterstützt. Außerdem gibt es Varianten für den erweiterten Temperaturbereich von –40 °C bis zu 105 °C Laut Daniels Aussage gibt es in der Beleuchtung mittlerweile einen neuen Trend, der mit »Human Centric Light« umschrieben wird. Daniel: »Bei Human Centric Light folgt das Farbspektrum des künstlichen Lichts dem natürlichen Licht, das ja bekanntermaßen die innere Uhr des Menschen steuert. Ist man ständig statischem Licht ausgesetzt, kann sich das negativ auf Gesundheit und die Leistungsfähigkeit auswirken. Untersuchungen mit Studenten haben gezeigt, dass sich durch Human Centric Light die Leistung um 33 Prozent steigert.«

    Der Vorteil von Human Centric Light besteht darin, dass für die Umsetzung keine neue Infrastruktur notwendig ist, »die Farbregelung kann automatisch über eine zeitliche Steuerung erfolgen«, so Daniel weiter, und er weist noch darauf hin, dass Infineon für diese Anwendung mittlerweile auch Referenz-Designs zur Verfügung stellt.

  • XMC1300: Die XMC1300-Serie zielt explizit auf Motorsteuerungen und Stromwandlungen ab, weshalb Infineon die Controller mit einem 64/96-MHz-Math-Co-Prozessor, einer ERU (Event Request Unit), Analogkomparatoren der CCU8-Timer-Einheit und einem POSIF (Positions-Interface für Motorsteuerungen) ausgestattet hat, das sowohl Hallsensoren als auch lineare oder Quadratur-Encoder unterstützt. Das CCU8-Modul (Capture and Compare Unit 8) kann bis zu vier komplementäre PWM-Signale pro Timer erzeugen. Daniel: »Dank des motorspezifischen Math-Co-Prozessors werden im Vergleich zu Controllern ohne diesen Co-Prozessor zwischen 84 und 96 Prozent der Zyklen für arithmetische Funktionen (trigonometrisch, divide) eingespart; die beispielsweise für motorspezifische Algorithmen im Bereich FOC (Field Oriented Control) benötigt werden.« Die ERU wiederum ermöglicht die Kommunikation zwischen Analog-Peripherals, PWM-Modul und Sensorschnittstelle. Daniel: »Diese Kombination aus Peripherieblöcken ermöglicht FOC Motor Control mit einem Cortex-M0 als Core, wo in der Vergangenheit ein Cortex-M3 verwendet werden musste.«

  • XMC1400: Laut Daniels Aussage startet im Januar 2016 die Serienfertigung der XMC1400-Serie. Ausschlaggebend für diese Serie waren die Forderungen der Kunden nach mehr Pins, mehr Rechenleistung und mehr CAN-Schnittstellen. Dementsprechend gibt es die XMC1400-Serie in Gehäusen mit 40 bis 64 Pins (bisher gibt es nur maximal 40 Pins). Ihre Taktrate wurde von bislang 32 MHz Core-Frequenz auf 48 MHz erhöht (wobei die Peripherie mit doppelter Frequenz läuft). Integriert hat Infineon außerdem noch bis zu vier serielle Kommunikationskanäle, zwei CAN-Schnittstellen und zwei CCU8 (statt bisher einer). Daniel: »Mit den XMC1400-Controllern können wir ganz neue Märkte adressieren wie IO-Module und das Ansteuern kleinerer Verbrennungsmotoren z.B. von Kettensägen.«