Digi-Key: weltweiter Distributionsvertrag mit Cree

16. Januar 2007, 10:37 Uhr | Carmen Skupin, Markt&Technik

Der US-Distributor Digi-Key hat mit Cree eine weltweit gültige Vereinbarung über den Vertrieb Siliziumkarbid-basierter Leistungsbauelemente unterzeichnet.

Bei der neuen ARM-Mikrocontroller-Baureihe von Atmel war das oberste Ziel eine hohe Systemintegration auf extrem kleiner Fläche: So haben die Chip-Entwickler um den weit verbreiteten ARM7TDMI-Kern Flash-Speicher, SRAM, einen System-Controller mit umfangreichen Peripherie-Funktionen sowie zahlreiche Schnittstellen und sogar einen Spannungsregler gruppiert.

Der Hersteller zählt zu den Marktführern im Bereich der Siliziumkarbid-Halbleiter, die den Leistungsbedarf von Power-, LED-Beleuchtungs- und Kommunikationsprodukten erheblich verringern. Digi-Key hat derzeit Crees Schottky-Dioden mit Sperrspannungen von 300V bis 1200V und Strombelastbarkeiten von 1A bis 20A im Programm.

Die neue ARM-Controller-Familie AT91SAM7S von Atmel basiert auf dem 32-bit-RISC-Prozessorkern ARM7TDMI der britischen Prozessorschmiede ARM Ltd. Bild 1 zeigt den Baustein AT91SAM7S64 und gibt einen guten Überblick über den Funktionsumfang der Controller-Familie, deren Mitglieder sich lediglich in der Kapazität ihrer Flash-Speicher und SRAM-Blöcke unterscheiden.

Flotte Schnittstellen

Der AT91SAM7S umfasst eine Reihe von Hochgeschwindigkeits-Kommunikations-Controllern, die in Verbindung mit dem DMA-Controller einen automatischen Datentransfer im Hintergrund ermöglichen, ohne dass Datenübertragungen aufgrund von Prozessor-Interrupts unterbrochen werden müssten.

Der integrierte USB-Controller entspricht dem Standard USB 2.0 Full-Speed (bis 12 Mbit/s) und unterstützt die meisten verfügbaren USB-Stacks (HID, CDC, Massenspeicher). Der dazu passende Transceiver ist ebenfalls auf dem Chip integriert. Die integrierte USART lässt sich sowohl synchron als auch asynchron betreiben, umfasst Hardware-Unterstützung für IrDA- und ISO7816-Anschlüsse und bietet eine vollständige Modem-Handshake-Funktion.

Externe SPI-Periphiegeräte wie DataFlash (von Atmel) lassen sich beim Anschluss an den SPI-Controller des AT91SAM7S im Hochgeschwindigkeitsmodus betreiben. Dies stellt eine kostengünstige Möglichkeit zur Erweiterung des Datenspeichers dar, ohne dass externe Standard-Flash-Speicher mit einer relativ hohen Anzahl von Pins eingesetzt werden müssen. Der SPI-Controller arbeitet sowohl als Master wie auch als Slave und verfügt über vier externe Chip-Select-Leitungen (CS). Dadurch ist bei Anschluss mehrerer Geräte keine externe „Glue Logic“ mehr erforderlich. Durch die optimierte Integration von peripheren Geräten können SPI und USART mit Datenübertragungsraten von bis zu 55 Mbit/s im synchronen Betrieb arbeiten.

Als weitere serielle Schnittstel-len wurden ein „Two Wire Interface“ (TWI) bis 400 kbit/s, ein „Synchronous Serial“ Controller (SSC), der auch I2S unterstützt, sowie eine UART-Debug-Schnittstelle integriert, die auch als zusätzliche UART-Systemschnittstelle benutzt werden kann.

Takterzeugung und –verteilung

Die hohen Betriebsfrequenzen und die Vielzahl von Peripheriegeräten heutiger Mikrocontroller machen die Taktverteilung zu einer anspruchsvollen Aufgabe. Ein typisches Taktsignal für einen Mikrocontroller mit eingebautem Flash-Speicher kann mit Taktfrequenzen von einigen wenigen hundert Hertz bis hin zu etwa 55 MHz arbeiten. USB andererseits benötigt genau 48 MHz, und ein „Real Time Timer“ (RTT) braucht ein Taktsignal, mit dem Sekunden gezählt werden können (z.B. 32 kHz). Andere ICs auf der Systemplatine wie Hochfrequenz-Transceiver benötigen unter Umständen weitere Taktfrequenzen.

Die einfachste Lösung besteht darin, für jede Takt-Domäne (System, USB, RTT) einen eigenen externen Quarz-Oszillator einzusetzen. Diese Lösung hat jedoch einige Nachteile: Sie ist teuer und hat darüber hinaus erhebliche Nachteile im Hinblick auf Leiterplattengröße, Komplexität der Schaltung, EMV-Verhalten und die entsprechenden Produktionsprüfungen.

Bei der Familie AT91SAM7S hat Atmel nun ein neues Takterzeugungsmodul eingeführt, das Flexibilität mit einer Senkung der Gesamtsystemkosten bietet. Wie in Bild 2 gezeigt, kommt die AT91SAM7S-Familie mit nur zwei Taktquellen aus: Bei einer handelt es sich um einen externen Quarz-Oszillator (3 bis 20 MHz) und bei der anderen um einen internen RC-Oszillator (22 bis 42 kHz). Der auf eine niedrige Leistungsaufnahme ausgelegte Quarz-Oszillator ist für beliebige Quarze im Bereich von 3 bis 20 MHz geeignet. Unabhängige Taktteiler und PLL-Schaltungen erlauben eine Feineinstellung sowohl der System- als auch der USB-Taktfrequenz. Damit lässt sich der ARM7TDMI mit seinen Peripheriegeräten bei seiner maximalen Taktfrequenz betreiben (55 MHz). Alternativ kann der Quarz-Oszillator auch überbrückt werden, wenn ein externes Taktsignal zur Verfügung steht (bis 55 MHz).

Bei defektem Hauptsystemtaktgeber springt der eingebaute RC-Oszillator ein. Er taktet die CPU auch ohne externe Komponenten mit einer niedrigeren Taktfrequenz und gewährleistet einen zuverlässigen Betrieb. Gleichzeitig versorgt der integrierte RC-Oszillator den Echtzeit-Timer (der zur Zeitmessung verwendet werden kann) sowie den Reset-Controller und den Watchdog-Timer (WT).

Einer der wichtigsten Faktoren für ein erfolgreiches Leistungsmanagement bei Embedded-Anwendungen ist die optimale Steuerung zweier verschiedener Taktfrequenzen (System und Peripherie). Lediglich zwei Betriebsmodi, bei denen der Chip entweder mit voller Geschwindigkeit oder vollständig abgeschaltet im Sleep-Modus arbeitet, sind heutzutage nicht mehr ausreichend. Beim AT91SAM7S ist der System-Controller um eine Hochgeschwindigkeits-PLL, Vor- und Nachteiler, Taktmultiplexer und ein Taktfreigabemodul herum aufgebaut (Bild 3).

Das der PLL zugeführte Taktsignal lässt sich mit Hilfe des Vorteilers genau justieren, der sich auf einen Faktor zwischen 1 und 255 bei einem Inkrement von 1 einstellen lässt. Die PLL selbst bietet Multiplikationsfaktoren von 1 (PLL umgangen) bis 2048 und zwei Betriebstaktfrequenzbereiche, 80 bis 160 MHz und 50 bis 220 MHz, die vom Anwender je nach dem verwendeten PLL-Multiplikationsfaktor ausgewählt werden müssen. Wie bereits erwähnt, ist es manchmal von Vorteil, wenn man den CPU-Kern mit einer extrem niedrigen Frequenz laufen lassen kann, anstatt ihn vollständig abzuschalten. Dadurch kann die vom Benutzer entwickelte Anwendung Hintergrundaufgaben durchführen und Sensoren effizienter überwachen.

Ein der PLL nachgeschalteter Taktmultiplexer bietet dem Anwender die Möglichkeit einer dynamischen Umschaltung zwischen dem PLL-Taktsignal, dem Taktsignal des Quarz-Oszillators (unter Umgehung der PLL und des Vorteilers) und dem Taktsignal des On-Chip-RC-Oszillators (niedrige Taktgeschwindigkeiten). Der USB-Takt wird direkt vom PLL-Takt abgeleitet und ist damit von der Taktumschaltung unabhängig.

Die Flexibilität, die der Vorteiler bietet, wird durch zusätzliche Nachteiler im System- und im USB-Taktpfad noch weiter erhöht. Neben der Umschaltung zwischen schnellem und langsamem Takt können einige Anwendungen das Takterzeugungsmodul des SAM7S zur Anpassung oder Modulation der Systemtaktgeschwindigkeit je nach Gesamtsystemauslastung nutzen. Dies kann die Konstruktion des Betriebssystems wesentlich vereinfachen, weil die einem „Deep-Sleep“-Modus innewohnenden Begrenzungen und die daraus resultierenden Beschränkungen für ein schnelles Aufwecken entfallen.

Zur weiteren Senkung der Leistungsaufnahme lassen sich alle Peripherie-Taktsignale einschließlich des CPU-Takts deaktivieren. Durch das Anhalten der CPU (auch als Idle-Modus bezeichnet) bleiben die ausgewählten Peripheriegeräte voll eingeschaltet und ausgewählte Interrupts können die CPU wieder aktivieren.

Wie aus Bild 4 ersichtlich ist, können die Chips der SAM7S-Familie außerdem Taktsignale für andere ICs auf der Leiterplatte erzeugen. Für jeden Taktausgang stehen ein separater Multiplexer und ein konfigurierbarer Taktteiler zur Verfügung. Dadurch reduziert sich die Anzahl externer Bauteile zur Takterzeugung wesentlich.