Page 1

СОДЕРЖАНИЕ №8 (88), 2010 г.

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Информационно-технический журнал

Лучшие изделия Texas Instruments для интерфейса RS-485 Юрий Новиков............................................................................................................ 3

Учредитель – ЗАО «Компэл»

Изолированные трансиверы Texas Instruments для промышленных интерфейсов Сергей Игнатов........................................................................................................... 6

Издается с 2005 г. Свидетельство о регистрации: ПИ № ФС77-19835 Редактор: Геннадий Каневский vesti@compel.ru Выпускающий редактор: Анна Заславская Редакционная коллегия: Андрей Агеноров Евгений Звонарев Сергей Кривандин Александр Маргелов Николай Паничкин Борис Рудяк Илья Фурман Дизайн, графика, верстка: Елена Георгадзе Владимир Писанко Евгений Торочков

Новые микросхемы компании Maxim для реализации асинхронных последовательных интерфейсов Андрей Никитин....................................................................................................... 10 CAN-трансиверы компании ON Semiconductor Константин Староверов........................................................................................... 13 Решения компании STMicroelectronics для безопасной работы интерфейсов Илья Ошурков.......................................................................................................... 17

ПАМЯТЬ Двухпортовая память M24LR64 с интерфейсами I2C и RFID (STMicroelectronics) Андрей Никитин..................................................................... 20

УПРАВЛЕНИЕ ПИТАНИЕМ Новые микросхемы DC/DC-преобразователей компании Maxim Андрей Самоделов................................................................................................... 23

ВОПРОСЫ ЧИТАТЕЛЕЙ..............................................................................................28

Распространение: Анна Заславская Электронная подписка: www.compeljournal.ru

Отпечатано: «Гран При» г. Рыбинск

Тираж – 1500 экз. © «Новости электроники» Подписано в печать: 16 июля 2010 г.

В СЛЕДУЮЩИХ НОМЕРАХ Электропитание светодиодных осветительных систем Компоненты и решения для промышленной автоматики Бескорпусные источники питания Если вы хотите предложить интересную тему для статьи в следующий номер журнала – пишите на адрес vesti@compel.ru с пометкой «Тема в номер».

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010

1


ОТ РЕДАКТОРА

Уважаемые читатели! В эпоху аналоговой электроники насущным хлебом отрасли считались дискретные элементы так называемой обвязки – резисторы, конденсаторы, индуктивности. О них нечасто шла речь в специализированных изданиях, но все понимали, что без них производство электроники невозможно. При переходе к цифровому миру появились контроллеры и процессоры, и та молчаливая, но необычайно важная роль, которую раньше играли аналоговые дискреты, перешла к микросхемам интерфейсов, позволяющим обмениваться информацией. Но, в отличие от элементов обвязки, тут уже есть о чем поговорить – этому способствует разнообразие как стандартов передачи данных, так и методов их кодирования и сжатия.

2

Все крупные компаниипроизводители полупроводников имеют в ассортименте достаточное количество приемопередатчиков и иных специализированных ИС для интерфейсов разных типов (а такие, как Maxim, вообще считают это направление одним из главных в своей работе). Однако, составляя этот номер, мы взяли у каждого крупного производителя из линейки поставок КОМПЭЛ его «изюминку». Получилась следующая картина: • RS-485 и изолированные приемопередатчики стандартов CAN, PROFIBUS и RS-485 от Texas Instruments; • UART (MAX3107) от Maxim Integrated Products (у Maxim можно было бы взять многое, но это, по нашему мнению, знаковая новинка); • CAN от ON Semiconductor (поскольку изначально этот стандарт разрабатывался для ав-

томобильных приложений, а ON Semi является признанным экспертом в этой области); • Диодные мосты и сборки для защиты линий передачи данных, USB-, Ethernet- и HDMIзащиты от STMicroelectronics. По любым вопросам, связанным с приобретением ИС для организации работы интерфейсов и их применением, вы можете обращаться к специалистам компании КОМПЭЛ.

С уважением, Геннадий Каневский

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010


ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Юрий Новиков (КОМПЭЛ)

Лучшие изделия Texas Instruments для интерфейса RS-485

В статье приводится обзор новинок компании Texas Instruments в области промышленного интерфейса передачи данных, а также кратко рассмотрен принцип работы стандарта RS-485 и описана топология построения сетей на его основе.

С

тандарт RS-485 (Recommended Standard 485 или EIA/TIA485-A) – рекомендованный стандарт передачи данных по двухпроводному полудуплексному многоточечному последовательному симметричному каналу связи, разработанный Electronic Industries Alliance (EIA) совместно с Telecommunications Industry Association (TIA). Стандарт определяет только физические уровни передачи сигналов и не описывает программную модель и протоколы обмена. RS-485 создавался для расширения физических возможностей интерфейса RS-232 по передаче двоичных данных. Так как стандарт RS-485 описывает только физический уровень процедуры обмена данными, то все проблемы обмена, синхронизации и квитирования возлагаются на более высокий протокол – часто это стандарт RS-232 или другие верхние протоколы (ModBus, DCON и т.п.). Сам RS-485 выполняет только следующие действия: • Преобразует входящую последовательность «1» и «0» в дифференциальный сигнал; • Передает дифференциальный сигнал в симметричную линию связи; • Подключает или отключает передатчик драйвера по сигналу высшего протокола; • Принимает дифференциальный сигнал с линии связи. Если подключить осциллограф к контактам А-В (RS-485) и GND-TDx (RS-232), то вы не увидите разницы в форме сигналов, передаваемых в линиях связи. Форма сигнала RS-485 полностью повторяет RS-232 за исключением инверсии (в RS-232 логическая единица передается напряжением -12 В, а в RS485 – +5 В). Преобразование уровней сигналов и новый способ их формирования позволили решить ряд проблем, которые

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010

не были учтены при создании стандарта RS-232. Преимущества физического сигнала RS-485 перед сигналом RS-232: • Используется однополярный источник питания (5 В), который применяется для питания большинства электронных приборов и микросхем; • Мощность сигнала передатчика RS-485 в 10 раз превосходит RS-232, что позволяет подключать к нему до 32 приемников; • Используются симметричные сигналы, у которых имеется гальваническая развязка с нулевым потенциалом питающей сети. В результате исключается попадание помехи по нулевому проводу питания, как в RS-232. Топология сети RS-485 Сеть RS-485 строится по последовательной шиной схеме, т.е. приборы в сети соединяются последовательно симметричными кабелями. Концы линий связи при этом должны быть нагружены согласующими резисторами (Terminator) (рис.  1), величина которых должна быть равна волновому со-

Если расстояние сегмента сети превышает 1200 м или количество драйверов в сегменте более 32 штук, нужно использовать повторитель (Repeater) для создания следующего сегмента сети, при этом каждый из них должен быть подключен к согласующим резисторам (здесь сегментом сети считается кабель между крайним прибором и повторителем или между двумя повторителями). Компания Texas Instruments производит порядка 150 различных устройств для реализации приемников/передатчиков на основе интерфейса RS-485. В таблице 1 представлены отличительные особенности наиболее интересных устройств компании с разделением по напряжению питания (3,3 или 5 В) и по типу канала связи (полный/полудуплекс). Для того, чтобы понять в чем заключается конкурентное преимущество трансиверов RS-485 компании TI, рассмотрим представителей линейки с наиболее высокими эксплуатационными характеристиками или какими-либо дополнительными функциями. Стоит отметить, что из этого обзора исключены

Приемопередатчик SN65LBC184 от Texas Instruments имеет встроенную защиту от высокоэнергетичных пульсаций шума в линии передачи, что значительно усиливает защиту микросхемы по сравнению с большинством существующих аналогов. Устройство выдерживает выбросы напряжения в шине данных величиной до 400 В в пике (типовое значение). противлению кабеля связи. Эти резисторы выполняют следующие функции: • Уменьшают отражение сигнала от конца линии связи; • Обеспечивают достаточный ток через всю линию связи, что необходимо для подавления синфазной помехи с помощью кабеля типа «витая пара».

трансиверы с изолированными входами/выходами, т.к. более подробному их рассмотрению посвящена отдельная статья. Cерия SN65HVD178x Устройства серии SN65HVD17xx (таблица 2) имеют усиленную элек-

3


ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ Таблица 1. Отличительные особенности трансиверов RS-485 компании Texas Instruments Напряжение, В

5

3...5

Полудуплекс

Особенности

Полный дуплекс

HVD1785/6/7

±70 В защита

HVD1791

HVD22/21/20

-20...25 В напряжение на шине

LBC184

Защищенный

HVD3082/5/8E

Экономичный, маленький корпус

HVD3080/3/6E

ISO3082/8

4 кВ изолированный RS-485

ISO3080/6

HVD61

ControlNet

HVD1176

PROFIBUS

ISO1176

4 кВ изолированный PROFIBUS

HVD1781

±70 В защита, 3...5 В питание

HVD08

3...5 В питание

HVD12/11/10

16 кВ ESD, маленький корпус:

3,3

с входом разрешения

HVD32/31/30

без входа разрешения

HVD35/34/33

4 кВ изолированный RS-485

ISO35

ISO15

Таблица 2. Различия микросхем серии SN65HVD178x Наименование

Скорость передачи данных, Мбит/с

Дуплекс

HVD1780

0,115

Полу

HVD1781

1

Полу

HVD1782

10

Полу

HVD1785

0,115

Полу

HVD1786

1

Полу

HVD1787

10

Полу

Особенности

Корпус SOIC/DIP

питание 3...5 В

SOIC/DIP SOIC/DIP

питание 5 В, широкий диапазон напряжений -20..25 В

SOIC/DIP SOIC/DIP SOIC/DIP

Таблица 3. Различия микросхем серии SN65HVD10/11/12 Наименование

Скорость передачи данных, Мбит/с

Slope control

Эквивалентная нагрузка

SN65HVD10

30

Нет

1/2

SN65HVD11

10

Есть

1/8

SN65HVD12

1

Есть

1/8

трическую защиту, которая обеспечивает работоспособность микросхемы в случае короткого замыкания линии питания, обрыва или короткого замыкания линии связи и при попадании на шину данных любого напряжения в диапазоне ±70 В. Также микросхемы устойчивы к воздействию электростатических разрядов (ESD) и влия-

Рис. 1. Топология сети RS-485

4

нию статики человеческого тела. Все устройства содержат в себе по одному дифференциальному приемнику и передатчику и питаются от однополярного напряжения: • 3...5 В  – для микросхем SN65HVD1780/81/82; • только 5  В  – для микросхем SN65HVD1785/86/87.

Дифференциальные выходы драйвера и входы приемника объединены внутри микросхем, что обеспечивает работу устройств в полудуплексном режиме передачи данных. SN65HVD1785/86/87 могут работать в широком диапазоне напряжений на шине данных: -20…25 В. Все устройства совместимы по выводам с индустриальным стандартом SN75176, что позволяет легко усовершенствовать ранее разработанную систему простой заменой микросхем. Cерия SN65HVD10/11/12 Устройства SN65HVD10/11/12 являются полудуплексными приемниками/передатчиками для интерфейса RS-485 с питанием от однополярного напряжения 3,3 В и полностью поддерживают стандарты ANSI EIA/ TIA-485-A и ISO 8482. Отличительной особенностью серии является защита от электростатического разряда (ESD) величиной до 16  кВ. В режиме ожидания SN65HVD10/11/12 обеспечивают очень низкий ток потребления (типовое значение равно 1  мкА), что позволяет применять их при разработке устройств с батарейным питанием. Все микросхемы работают в температурном диапазоне -40...85°C и поддерживают расширенный диапазон напряжений на шине данных. Различия устройств серии представлены в таблице 3. SN65LBC184 Это изделие является дифференциальным приемником/передатчиком, выполненном в совместимых по выводам корпусах со стандартом SN75176. Устройство имеет встроенную защиту от высокоэнергетичных пульсаций шума в линии передачи, что значительно усиливает защиту микросхемы по сравнению с большинством существующих аналогов. Использование защитных цепей внутри микросхемы позволяет реализовать высоконадежный неизолированный интерфейс передачи данных без использования дополнительных внешних компонентов. Устройство выдерживает выбросы напряжения в шине данных величиной до 400 В в пике (типовое значение). SN65LBC184 также имеет ряд дополнительных особенностей, что позволяет применять его в электрически «шумных» линиях связи с большим количеством одновременно подключенных устройств, например, в сетях контроля промышленных процессов. Дифференциальный передатчик имеет встроенный контроль скорости нарастания выходного напряжения (Slew-rate) и обеспечивает максимальную скорость передачи данных 250 кбит/с. Slew-rate-контроль позволяет протягивать более длинные шины данных, чем при использовании устройств без контроля по скорости нарастания на-

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010


ОБЗОРЫ пряжения или при более высоких скоростях передачи данных. Уникальная конструкция приемника обеспечивает защиту выходов от переключения на высокий уровень, когда входы микросхемы «висят в воздухе». SN65LBC184 также имеет высокое входное сопротивление, эквивалентное 1/4 единичной нагрузке, что позволяет подключать к шине данных до 128 таких же устройств. Рабочий температурный диапазон устройства составляет -40...85°C. Cерия SN65HVD308xE Устройства серии SN65HVD308xE рассчитаны на работу при напряжении питания 5 В и полностью совместимы со стандартом ANSI EIA/TIA-485-A. При контроле времени передачи данных эти устройства могут использоваться для организации линий связи большой протяженности и обеспечивают одновременное включение на шине до 256 аналогичных устройств. Они позволяют осуществлять передачу данных на скоростях до 20 Мбит/с (таблица 4). Отличительная особенность серии SN65HVD308xE  – очень низкое значение тока собственного потребления (типовое значение равно 0,3 мА); более того, в режиме ожидания ток потребления снижается до значения в несколько нА, делая эти устройства идеальным решением для систем с ограниченным питанием.

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ Таблица 4. Различия микросхем серии SN65HVD308xE Наименование SN65HVD3082E

Скорость передачи данных, Мбит/с

Дуплекс

Корпус

0,2

Полу

DIP/SOIC/MSOP

SN65HVD3085E

1

Полу

SOIC/MSOP

SN65HVD3088E

20

Полу

SOIC/MSOP

SN65HVD3080E

0,2

Полный

MSOP

SN65HVD3083E

1

Полный

MSOP

SN65HVD3086E

20

Полный

MSOP

Микросхемы серии имеют широкий допустимый диапазон напряжений на шине данных и ESD-защиту до 15 кВ, что делает возможным их применение в сферах с высокими требованиями к допустимому уровню шума в сетях. Внутренняя схема блокировки при включении поддерживает выходы передатчика в высокоимпедансном состоянии до тех пор, пока не стабилизируется напряжение питания. Серия HVD08 Микросхемы серии HVD08 также являются приемниками/передатчиками, полностью совместимыми с промышленным стандартом ANSI EIA/TIA-485-A и SN75176. Основными отличительными особенностями устройств являются: напряжение питания  – 3...5,5  В; ESD-защита до 16  кВ; возможность подключения до

256 аналогичных устройств к одной шине данных. Заключение Компания Texas Instruments предоставляет очень широкий выбор устройств в области интерфейсов передачи данных, в том числе и для промышленного интерфейса RS-485. В их числе есть варианты с напряжением питания 3...5 В, скоростью передачи данных до 50 Мбит/с, различными способами организации шины данных: полудуплекс, полный дуплекс. Микросхемы имеют уникальные характеристики в области электростатической защиты и защиты от перенапряжений в линии передачи данных. Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: analog.vesti@compel.ru

5


ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Сергей Игнатов (КОМПЭЛ)

Изолированные трансиверы Texas Instruments для промышленных интерфейсов

В данной статье речь пойдет о микросхемах ISO15/15M, ISO308x, ISO35/35M, ISO1050 и ISO1176 компании Texas Instruments, использование которых позволяет сэкономить место на плате, оптимизировать потребление, повысить безопасность конечных изделий, а также ускорить процесс разработки узла передачи данных.

Рис. 1. Появление паразитных контуров в линии передачи данных

производстве интерфейсных микросхем с различными функциональными особенностями. Разработки, ведущиеся TI в этой области, направлены на уменьшение стоимости, повышение степени интеграции необходимых элементов на кристалле, а следовательно – на уменьшение занимаемого места на плате. Встраиваемые защиты линий передач также дают возможность сэкономить на дополнительных микросхемах и пассивных элементах. В линейке интерфейсных микросхем TI можно найти: • Приемопередатчики самых распространенных промышленных интерфейсов: RS-232, RS-485/RS-422, CAN, LIN, LVDS, USB, FireWire, i-Link; • Микросхемы физического уровня Ethernet с уникальными способностями поиска места разрыва кабеля; • Интерфейсы токовой петли; • Микросхемы защиты линий связи от электростатического напряжения; • Высокоскоростные преобразователи уровня логического сигнала для сопряжения микросхем с различным питанием, и многое другое.

Рис. 2. Применение изолятора для устранения паразитного контура

«Земляная» петля При передаче данных на больших скоростях появляется необходимость объединения общих точек узлов, что, в свою очередь, приводит к проблеме «земляной» петли. При существовании более одного пути тока, в схеме могут появиться и создать разность потенциалов на корпусах устройств паразитные контуры GND1-GND2 (рис. 1), что может, в свою очередь, привести к искажению передаваемых данных, а при применении в силовых установках и в случае пробоя силовых приборов  – к поражению электрическим током. Для решения этой проблемы можно прибегнуть к:

В

проектировании современных электронных устройств важное место занимают интерфейсы связи. Многие разработчики знакомы с проблемами выжженных компьютерных портов и сбивающихся, казалось бы – без причины, каналов связи. При создании интерфейсных модулей приме-

6

няют гальваническую развязку питания, цифровые изоляторы, а также некоторые пассивные элементы защиты. Как правило, при добавлении ESD-защиты получается от трех до шести микросхем (при развязке с помощью оптронов). Компания Texas Instruments (TI) является одним из мировых лидеров в

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010


ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Рис. 3. Влияние изолятора на амплитуду сигнала логического уровня • Размыканию земляного контура (приводит к возникновению множества других проблем); • Применению синфазных дросселей; • Использованию дифференциальных усилителей; • Использованию гальванической изоляции. Из всех предложенных вариантов только изоляторы позволяют обеспечить защиту при возникающей большой разности потенциалов (рис. 2). Рисунок  3 иллюстрирует, как средний уровень сигнала, привязанного к общей точке GND1, колеблется из-за изменяющегося потенциала, и как после цифрового изолятора мы получаем сигнал стабильной амплитуды. Всем известно, как важно иметь стабильный логический уровень при высокоскоростной передаче данных. Описание существующих решений Рассмотрим проектирование интерфейса передачи данных на примере популярного в промышленности RS-485. Не будем описывать принципы работы RS-485, так как об этом подробно рассказано во многих источниках. Рассмотрим схему, часто применяемую разработчиками (рис. 4). Питание организовано на базе высокоэффективного модуля DCH010505D компании Texas Instruments, имеющего гальваническую развязку 3  кВ в стандартном SIP-7 корпусе. Для развязки линий передач использован цифровой изолятор ISO7231A,

Рис. 4. Типовая схема интерфейса RS-485 с использованием ISO7231A имеющий скорость передачи данных 1 Мбит, емкостную развязку 4  кВ и наименьшие среди аналогов задержки. Трансивер RS-485 SN65HVD1781 от TI тоже выбран не случайно, он выдерживает большое напряжение, приложенное к линиям передачи. Максимальное напряжение 70 В позволяет использовать этот трансивер без опасений: • В системах управления климатом (HVAC), где используется питание переменного тока 24  В, но его значение может достигать 34 В; • В телекоммуникационных системах, где стандартное напряжение постоянного тока 48 В, но может достигать 60 В; • В системах автоматизации зданий, где стандартное питание не превышает 50 В; • Для многих других применений, где существует опасность замыкания линий передачи данных на линии питания 70 В. Используя трансивер SN65HVD1781, мы уже решили часть проблем, с которыми могут столкнуться разработчики, использующие стандартные решения для RS-485. Дело в том, что этот трансивер имеет: • 16  кВ защиту от статических напряжений; • Failsafe-ресивер, обеспечивающий защиту от состояний бездействия, короткого замыкания и отключения от шины;

Рис. 5. Типовая схема интерфейса RS-485 с использованием ISO15М

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010

• Широкий диапазон питания 3,3...5 В; • Возможность подключения к шине до 320 устройств; • Малое энергопотребление для приложений с батарейным питанием; • Возможность «горячего» подключения без потери данных на шине («антидребезг»). Предложенный вариант является одним из самых надежных. Однако мы все равно используем стабилитроны для защиты от перенапряжений, защитные резисторы или предохранители в линии. При стандартном подходе появляются оптроны и, возможно, подтягивающие резисторы смещения уровня. В результате плата разрослась до неимоверных размеров. Изолятор с интегрированным трансивером RS-485 рассмотрим на примере ISO15M. Отличительные особенности: • Интегрированный трансивер, полностью соответствующий спецификациям стандарта RS-485; • Высокая отказоустойчивость в экстремальных применениях, доказанная испытаниями: – Встроенный изолятор с максимальным напряжением пробоя 4 кВ; – Изолирующий материал на основе SiO2, практически не подверженный старению (срок жизни микросхемы более 25 лет при 125°С); – Защита от статических напряжений 16 кВ; – Failsafe-ресивер (КЗ, обрыв, бездействие); – Расширенный температурный диапазон -55...125°С ;

Рис. 6. Функциональная диаграмма ISO1050

7


ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ Таблица 1. Характеристики изолированных трансиверов компании TI ISO15, ISO15М

ISO3080

ISO3082

ISO3086

ISO3088

ISO35, ISO35М

ISO1050

RS-485

RS-485

RS-485

RS-485

RS-485

RS-485

CAN

3,3

5

5

5

5

3,3

3,3

5

1

0,2

0,2

20

20

1

1

40

TTL

TTL

TTL

TTL

TTL

TTL

TTL

TTL

Гальваническая развязка

Да

Да

Да

Да

Да

Да

Да

Да

Развязка rms (1 мин.), кВ

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

2,5

-40..85, 55..125

-40..85

-40..85

-40..85

-40..85

-40..85, ‘-55..125

-55..125

-40..85

полудуплекс

дуплекс

полудуплекс

дуплекс

полудуплекс

дуплекс

CAN

полудуплекс

256

256

256

256

256

256

256

бездействие, КЗ, разрыв

бездействие, КЗ, разрыв

CAN

бездействие, КЗ, разрыв

Тип трансивера Напряжение питания, В Скорость передачи, Мбит/с Логика TTL/ CMOS

Температурный диапазон, °C Дуплексность Количество узлов «FailSafe» Защита от статики ESD, кВ Корпус Кол-во TX/RX

бездействие, КЗ, разрыв

бездействие, бездействие, бездействие, КЗ, разрыв КЗ, разрыв КЗ, разрыв

ISO1176 RS-485 PROFIBUS

16

16

16

16

16

16

16

16

16SOIC

16SOIC

16SOIC

16SOIC

16SOIC

16SOIC

16SOIC, 8SOP

16SOIC

1 TX/1 RX

1 TX/1 RX

1 TX/1 RX

1 TX/1 RX

1 TX/1 RX

1 TX/1 RX

CAN

1 TX/1 RX

VCC (мин. значение), В

3,15

4,5

4,5

4,5

4,5

3,15

3,15

4,75

VCC (мaкс. значение), В

3,6

5,5

5,5

5,5

5,5

3,6

3,6

5,25

Тепловая защита

Да

Да

Да

Да

Да

Да

Да

Да

Рис. 7. Функциональная диаграмма ISO1176

Рис. 8. Функциональные диаграммы

– Антидребезг при подаче питания для обеспечения «горячего подключения»; • Большое количество подключаемых устройств на шину; • Оптимизация под длинные линии передачи данных. Так будет выглядеть схема при использовании ISO15M (рис. 5). TI также предлагает изолированные трансиверы для популярных промышленных интерфейсов различных типов. Их краткое описание представлено ниже.

которым параметрам даже превосходит спецификации стандарта ISO11898. Устройство имеет буферизованные линии приема и передачи, гальванически развязанные с использованием диоксида кремния, обеспечивающего изоляцию до 4 кВ. При использовании вместе с развязанными источниками питания устройство предотвращает влияние пульсаций на линиях данных, связанных с наводками на общий проводник первичной стороны, и защищает линии передачи данных, а также обеспечивает защиту от поражения электрическим током. Так же, как и CAN-трансивер, ISO1050 обеспечивает полный функционал современных CAN-приемопередатчиков вплоть до 1 Мбит/с (рис. 6). Изолятор

ISO1050 – первый в мире изолятор со встроенным трансивером CAN Этот гальванически развязанный CAN-трансивер соответствует, а по не-

8

разработан для использования в применениях с тяжелыми условиями эксплуатации, имеет защиту от подключения с неправильной полярностью, перенапряжения на шине и обрыва земли в диапазоне напряжений -27...40 В, а также защиту от перегрева. ISO1050 имеет напряжение питания 3...5  В и расширенный температурный диапазон -55...125°C. PROFIBUS изолированный трансивер ISO1176  – развязанный дифференциальный трансивер, разработанный для использования в приложениях PROFIBUS. Устройство идеально для передачи данных на большие расстояния; так как контур «земляной петли» разорван, возникает возмож-

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010


ОБЗОРЫ ность использовать намного больший диапазон напряжения на шине. Симметричная развязка обеспечивает 2,5 кВ RMS между трансивером и входной логикой. Гальванически развязанный дифференциальный трансивер  – интегральная схема, разработанная для двунаправленной передачи данных по многоточечным шинам. ISO1176 состоит из цифрового изолятора, дифференциального приемника и передатчика (рис. 7). Все линии управления режимами работы также развязаны. Низкое потребление по шинам данных позволяет организовать работу с сетями, содержащими до 160 узлов. Скорость передачи микросхемы может значительно уменьшить риск нарушения целостности данных и повреждения цепей передачи. ISO1176 имеет напряжение питания первичной стороны 3...5  В, вторичной 5  В, температурный диапазон -40...85°C. RS-485 изолированные трансиверы ISO3080, ISO3086, ISO35 и ISO35М  – развязанные полнодуплексные, а ISO3082, ISO3088, ISO15 и ISO15М  – полудуплексные дифференциальные трансиверы RS-485, соответ-

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ ствующие стандарту ANSI EIA/TIA485-A (рис. 8). Эти устройства имеют возможность передачи данных на большие расстояния, так как контур «земляной петли» разорван и становится возможным использование намного большего диапазона напряжений на шине. Изолятор в течение минуты проходит тестирование на обеспечение 2,5 кВ RMS между трансивером и входной логикой. Любые порты ввода/вывода могут быть подвергнуты воздействию шума, созданного электрическими переходными процессами от различных источников. Эти помехи при условии большой амплитуды и длительности могут повредить трансивер. Развязка позволяет значительно увеличить защиту и уменьшить риск повреждения. ISO3080, ISO3082, ISO3086 и ISO3088 имеют напряжение питания первичной стороны 3...5  В, вторичной 5  В, температурный диапазон -40...85°C. ISO15, ISO15М, ISO35 и ISO35М имеют напряжение питания 3,3  В; ISO15М и ISO35М имею расширенный температурный диапазон -55...125°C. Данные по рассмотренным в статье изолированным трансиверам от-

ражены в таблице 1. Для упрощения процесса разработки и оценки решений в этой области TI предлагает ISO485EVM и ISO1050EVM  – оценочные комплекты изолированных трансиверов RS-485 и CAN, соответственно, которые всегда можно заказать со склада КОМПЭЛ. Заключение Texas Instruments предлагает микросхемы, в которых объединились новейшие решения в области трансиверов промышленных стандартов передачи данных и сверхбыстрых высоконадежных цифровых изоляторов. Эти решения позволяют сэкономить место на плате, оптимизировать потребление, повысить безопасность конечных изделий, а также ускорить процесс разработки узла передачи данных.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: analog.vesti@compel.ru

9


ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Андрей Никитин (г. Минск)

Новые микросхемы компании Maxim для реализации асинхронных последовательных интерфейсов

Основное внимание в статье уделено новинке компании Maxim Integrated Products – микросхеме MAX3107, универсальному асинхронному приемопередатчику (UART), который взаимодействует с хост-микроконтроллером по интерфейсам SPI и I2C. Приемопередатчик выполнен в миниатюрном корпусе, имеет самую низкую потребляемую мощность и наиболее высокое быстродействие среди аналогичных микросхем, выпускаемых промышленностью в настоящее время.

П

оследовательный порт (или COM-порт) – аппаратная часть компьютера или микроконтроллера, предназначенная для обмена байтовой информацией по двунаправленному последовательному интерфейсу. Последовательным интерфейс называется в том случае, если информация передается бит за битом (в отличие от параллельных интерфейсов), дополняясь служебными вставками (стартовые и стоповые биты, а также биты паритета). Хотя некоторые другие интерфейсы, применяемые в вычислительной технике (такие как Ethernet, FireWire или USB), используют аналогичный способ обмена, название «последовательный порт» закрепилось за портом, реализующим стандарт RS-232C и предназначенным изначально для обмена информацией с модемом или для подключения мыши. Интерфейс RS-232C был предназначен для взаимодействия компьютера только с одним устройством (если передача дуплексная, то в нем отсутствуют понятия ведущего и ведомого устройств). Отметим, что RS-232C является асинхронным интерфейсом, то есть линия синхронизации последовательных данных отсутствует; поэтому параметры обмена должны быть заранее одинаковым образом настроены у обоих абонентов. Для взаимодействия компьютера (ведущее устройство – Master) с несколькими ведомыми (Slave) устройствами, что актуально для промышленных и специализированных приложений, используется интерфейс RS-485, предполагающий работу в полудуплексном режиме. Развитие архитектуры UART Изначально под универсальным асинхронным приемопередатчи-

10

ком (UART – Universal Asynchronous Receiver Transmitter) понимали периферийное устройство на системной шине компьютера или микроконтроллера, реализующее обмен данными по интерфейсу RS-232C. Уровни сигналов на выходе UART – логические, а согласование с более высокими уровнями сигналов в канале RS-232C обеспечивают специализированные микросхемы – драйвера. Первое время UART реализовывался в виде отдельной микросхемы, позднее стал интегрироваться в более сложные микросхемы в качестве фрагмента. Для отечественных разработчиков первой моделью был Intel 8251. Входным интерфейсом являлась интеловская 8-разрядная шина x88, что не препятствовало использовать ее и в 16-разрядных микропроцессорах x86. Параметры обмена (количество битов в посылке, количество стоповых битов, наличие бита паритета и его тип, а также скорость передачи) настраивались программно. Скорость передачи не превышала 19200 бод. Также настраивались регистры управления линией, прерываниями и модемом. Упрощенно обмен происходил следующим образом. На стороне передатчика обмен начинался с «посылки» байта в регистр передаваемых данных. На стороне приемника формировалось прерывание и производилось считывание из регистра принимаемых данных. Отметим, что если данные не успевали «забрать» до приема следующего байта, то они пропадали. Основной недостаток UART 8251 заключался в следующем: при высоких скоростях передачи процесс приема данных становился едва ли не самым приоритетным – при обмене даже короткими пакетами процессор, реагируя на каждый байт, на остальные

задачи мог реагировать с существенными задержками. Способы решения этой проблемы – снижение скорости передачи или использование модемных линий  – во многих случаях приводили к появлению недостатков в других местах. Таким образом, снижение нагрузки на процессор в процессе высокоскоростной передачи стало ключевой задачей. Эффективным решением было введение буферов FIFO в трактах приема и передачи (например, в UART 16550A компании National Semiconductor) по 16 байт в каждом. Это позволило прерывать процессор не на каждый байт, а при определенном заполнении буфера. Максимальная скорость передачи выросла до 115200 бод, что является разумным ограничением RS-232C и в настоящее е время. Адаптация UART 8251 и 16550A для работы с интерфейсом RS-485 затруднений не вызывает – необходимо лишь перед передачей переключать драйвер в соответствующий режим, поскольку в полудуплексном обмене все абоненты по умолчанию работают на прием. Отметим, что механизмы арбитража и устранения коллизий в этих UART отсутствуют и, следовательно, становятся заботой разработчика. Отличная от RS-232C физическая среда позволяет использовать скорости передачи до 10  Мбод на расстояния до 10  м. Реализация подобных скоростей передачи достигалась двумя способами: увеличением размера буфера (вплоть до 64 байт) и реализацией механизма прямого доступа к памяти (иногда одновременно). Постепенный переход от концепции «БИС микропроцессора (микроконтроллера) плюс БИС периферийных устройств» к концепции «система-накристалле» привел к размещению блоков UART внутри микросхемы микро-

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010


ОБЗОРЫ процессора. При этом сохранилась архитектура существующих блоков UART, но скорость передачи несколько снизилась – вместо максимально возможных стали использоваться оптимальные для большинства приложений значения. Так, например, в микроконтроллерах семейства STM32F105 используются два блока UART с максимальной скоростью передачи до 2,25 Мбод. Микросхемы UART компании Maxim В номенклатуре компании Maxim линейка микросхем UART включает: • Интегрированный UART с драйверами интерфейса RS-232C  – MAX3110E/3111E; • Интегрированный UART с драйверами интерфейса RS-485 – MAX31404; • Контроллер UART  – MAX3100. Основное отличие данных микросхем от микросхем рассмотренных выше: в качестве входного интерфейса используется не параллельная системная шина микропроцессора, а синхронный последовательный интерфейс SPI, то есть вторичный в архитектуре микропроцессора интерфейс. Целесообразность подобного решения будет обоснована ниже; • UART категории Stand-Alone со встроенным кварцевым генератором  – MAX3107E, который мы рассмотрим подробнее. Основные функции и характеристики микросхемы MAX3107 • Входные интерфейсы: I2C и SPI; • Буферы FIFO в трактах приемника и передатчика на 128 байт каждый; • Компактный 24-контактный корпус TQFN (3,5x3,5 мм) или 24-контактный корпус SSOP; • Возможность как использования встроенного генератора синхросигналов, так и подключения внешнего кварцевого резонатора; • Встроенные схемы фазовой автоподстройки частоты и делителя; • Максимальная скорость передачи 24 Мбод; • Частота сигналов синхронизации SPI до 26 МГц; • Автоматический выбор направления передачи данных; • Эхокомпенсация в полудуплексном режиме; • Автоматическое управление обменом данными при активном низком логическом уровне сигналов RTS/CTS и XON/XOFF; • Детектирование специальных символов и символов, управляющих вводом/выводом общего назначения GPIO (четыре программируемых вывода); • Индикация зашумленности канала; • Режим отключения и дежурный режим;

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ • Напряжение питания 2,35...3,6 В; • Автоматическое согласование логических уровней в интерфейсах контроллера и приемопередатчика (вплоть до 1,7 В); • Ток потребления от источника питания 640  мкА при скорости 1  Мбод и тактовой частоте 20 МГц; • Ток потребления от источника питания в режиме отключения 20 мкА. Какие из этих характеристик являются передовыми для устройств данного типа? • Входные интерфейсы: I2C и SPI. Обычно используется только четырехпроводный SPI. • Буферы FIFO в трактах приемника и передатчика на 128 байт каждый. Как правило, размер буфера не превышает 64 байта в каждом каскаде. • Максимальная скорость передачи 24 Мбод. В большинстве случаев частота передачи не превышает 5 Мбод. Отдельные модели UART поддерживают частоту передачи до 20 Мбод, но за счет снижения функциональных возможностей микросхемы. • Частота сигналов синхронизации SPI до 26  МГц. Строго говоря, спецификация интерфейса SPI предполагает частоту синхронизации от 1 до 70 МГц, но UART MAX3110E/3111E, MAX3140 и MAX3100 поддерживают частоту синхронизации лишь до 4 МГц. Прорыв в линейке Maxim налицо. Целесообразность применения интерфейсов SPI и I2C в качестве входного интерфейса UART Интеграция блоков UART внутрь современных микроконтроллеров  – объективная и естественная тенденция. Тем не менее, для многих массовых приложений (например, мобильные и портативные устройства) альтернативу применению микроконтроллеров составляют заказные специализированные интегральные схемы (ASIC), которые

в большинстве случаев не содержат избыточных на момент разработки блоков. Однако при дальнейшем расширении функциональных возможностей устройств (подключение к научной и производственной аппаратуре, в которой интерфейсы RS-232C и RS-485 весьма популярны) применение таких UART будет более дешевым решением, нежели разработка новой ASIC. Вероятно, создание UART MAX3110E/3111E, MAX3140 и MAX3100 (скромных по своим возможностям) преследовало именно эти цели. Применительно к UART MAX3107 эта же причина имеет несколько другой оттенок. Включение в состав ASIC блока UART с рекордными характеристиками может быть экономически нецелесообразно или невозможным по технологическим причинам. И наконец, производитель ASIC может просто не иметь архитектурных решений, обеспечивающих подобные параметры. Может оказаться, что применение отдельной микросхемы MAX3107, при ее компактных габаритах и приемлемой цене, будет единственным разумным решением. Как отмечалось выше, параметры блоков UART, интегрированных в микроконтроллер, редко бывают рекордными. Как правило, они оптимальны для многих приложений, но не для всех. Применение дополнительной микросхемы MAX3107 в этом случае вполне обоснованно. Применение микросхемы MAX3107 для мобильных приложений Для компактных портативных устройств таких, как мобильные телефоны, UART MAX3107 может использоваться в качестве буферного элемента между системным микроконтроллером и модулями Bluetooth, приемниками сигналов системы GPS или модемами 3G. Повышенная ско-

Рис. 1. Применение MAX3107 в последовательных интерфейсах RS232C

11


ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Рис. 2. Применение MAX3107 в последовательных интерфейсах RS485 рость передачи данных в настоящее время используется для обмена через интерфейс Bluetooth (до 3 Мбод) и 3G-модемы (до 20  Мбод). Если скорость передачи до 3  Мбод поддерживается некоторыми блоками UART, встроенными в микроконтроллер (это, опять же, вопрос цены), то 20  Мбод однозначно не поддерживается. Кроме того, внешние приемопередатчики помогают разгрузить буфер основного микроконтроллера. В дополнение, MAX3107 имеет встроенный генератор, что позволяет не использовать внешний кварцевый резонатор, сэкономив, таким образом, на цене и размере печатной платы. MAX3107 имеет несколько режимов работы с пониженной рассеиваемой мощностью. В дежурном режиме отключаются все интегрированные блоки синхронизации, а в режиме отключения ИС выключается полностью. Эти режимы позволяют снизить до минимума ток потребления от источника питания во время отсутствия активной работы системы. В режиме AutoSleep MAX3107 автоматически переходит в дежурный режим при отсутствии активности сигналов на выводах. ИС автоматически покидает этот режим при активизации сигналов на любом из выводов. В обоих режимах ожидания UART останавливает передачу и прием, а также отключает ряд функций для снижения рассеиваемой мощности. Несколько режимов дают возможность уменьшить расход энергии и продлить время непрерывной работы аккумулятора, что делает MAX3107 подходящим для применения в мобильных устройствах. Применение микросхемы MAX3107 для промышленных интерфейсов UART MAX3107 позволяет соединить синхронные последовательные

12

интерфейсы SPI или I2C микропроцессора с такими асинхронными последовательными портами передачи данных, как RS-485, RS-232, PROFIBUS, IrDA. Стандарт интерфейса PROFIBUS DP требует обеспечения работы со скоростью до 12 Мбод, что, опять же, большинством современных микроконтроллеров со встроенными UART не поддерживается. В этой связи скорость передачи MAX3107 вполне подходит для работы промышленных коммуникационных протоколов. MAX3107 позволяет полностью задействовать пропускную способность интерфейсов SPI и I2C. Наличие буферов FIFO на 128 слов в трактах приема и передачи уменьшит интервалы времени, необходимые основному процессору на обслуживание обмена данными. За счет увеличения размеров FIFO в MAX3107 прерывания основного процессора становятся более редкими и влияют на выполнение основной задачи в меньшей степени. Часть функций управления системы переносится с основного процессора на UART, так как MAX3107 имеет встроенное автоматическое аппаратное и программное управление потоком данных, которое также осуществляет переключение буферов FIFO при изменении направления передачи. На рисунках 1 и 2 показаны способы применения UART MAX3107 в последовательных интерфейсах RS-232C и RS485, соответственно. Драйверы асинхронных последовательных интерфейсов При разработке средств подключения к интерфейсам RS-232C и RS-485 имеет значение не только правильный выбор UART, но и оптимальный выбор микросхем драйвера. Одним из существенных параметров драйверов является напряжение защиты от электростатического разряда. Типовое

значение этого параметра для большинства драйверов интерфейса RS-485 – ±15  кВ (режим Human Body Model). В номенклатуре компании Maxim драйверов интерфейса RS-485 с лучшей защитой (±30  кВ) было не так много  – MAX13430E/31E/32E/33E. Из них только MAX13431E и MAX13433E были ориентированы на работу с высокими скоростями передачи (до 16 Мбод). Новинка компании MAXIM – драйверы MAX13450E/51E. С одной стороны, сохранены лучшие параметры по ESD защите  – ±30  кВ, однако скорость передачи повышена и доведена до 20 Мбод. Казалось бы, ситуация вполне нормальная, и другие параметры подтянуты в лучшую сторону, но в микросхему были введены дополнительные функции. Известно, что начало и конец физической витой пары канала RS-485 замыкаются так называемыми терминальными резисторами, то есть между линиями A и B включается резистор определенного номинала. Как правило, заранее никто не знает, будет или нет конкретное устройство крайним в каждой конкретной реализации. Поэтому на всех устройствах установлены эти резисторы, но при этом также установлены перемычки (джамперы), которые необходимо снять на всех промежуточных устройствах. И резисторы, и перемычки, естественно, занимают место на плате. В драйверах MAX13450E/51E эти резисторы установлены в микросхему, а их замыкание или размыкание управляется логическим сигналом. Кроме того, оптимальный номинал терминального резистора зависит от многих факторов: скорости передачи, длины линии, сопротивления витой пары (хотя и изменяется при этом в небольших пределах). Понятно, что в реальных условиях физический резистор никто менять не будет. Но в драйверах MAX13450E/51E заложено два варианта номиналов – 100 и 120 Ом, причем конкретный номинал выбирается логическим сигналом. Кроме того, в реальных условиях может оказаться, что подключения линий A и B перепутаны  – в этом случае микросхема MAX13451E определяет такую ситуацию и имеет специальный вход инвертирования уровня. Хочется отметить, что новые изделия компании Maxim, помимо естественного улучшения основных характеристик, уделяют внимание и этим, зачастую полезным, мелочам. Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: analog.vesti@compel.ru

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010


ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Константин Староверов (г. Донецк)

CAN-трансиверы компании ON Semiconductor

В статье приведен обзор высокоскоростных, отказоустойчивых и однопроводных CAN-трансиверов компании ON Semiconductor, которые находят применение в автомобильной и промышленной электронике.

С

еть последовательной связи CAN (Controller Area Network) изначально была разработана компанией Robert Bosch в начале 1980-х и находила применение исключительно в автомобилестроении для связи между исполнительными устройствами, датчиками и электронными блоками управления. Благодаря возможности быстрой и надежной передачи данных в сложных окружающих условиях область приме-

нения CAN со временем расширилась до всех видов транспорта, промышленной автоматики и систем автоматизации зданий. В отличие от своего ближайшего конкурента – интерфейса RS-485, который регламентирует требования только к физическому уровню, CAN – это целая технология, которая включает аппаратные (кабели, разъемы, трансиверы), аппаратно-программные (CAN-контроллеры и микроконтроллеры) и программные решения. Клю-

чевым элементом шины CAN является трансивер, т.к. от него напрямую зависят скорость, дальность и помехоустойчивость передачи данных, количество узлов в сети, уровень электромагнитных излучений и др. В настоящее время существует несколько разновидностей трансиверов, которые по-разному реализуют физический уровень интерфейса – в т. ч. высокоскоростные, отказоустойчивые и однопроводные. Все представленные в таблице 1 и на соот-

Таблица 1. Сравнение разновидностей физических уровней сети CAN Параметр

Высокоскоростная сеть CAN

Отказоустойчивая сеть CAN

Однопроводная сеть CAN

ISO 11898-2

ISO 11519-2, ISO 11898-3, ISO 11992

SAE J2411

Требования к физическому уровню Особенности

Высокоскоростная дифференциальная шина, хорошая стойкость к шуму

Способность обнаружить ошибки в подключении проводников и Малая себестоимость переключиться в однопроводной режим

Основные области применения

Автомобильная и промышленная электроника

Грузовые автомобили и автоприцепы

Автомобильная электроника, сети GM-LAN (разработка компании General Motors)

125 кбит/сек

33,3 кбит/сек (нормальный режим) 83,3 кбит/сек (диагностический режим)

Скорость передачи

Кабель

Согласующие резисторы

1Мбит/сек, 40 метров 125 кбит/сек, 500 метров Витая или параллельная пара проводников, экранированный или неэкранированный кабель

Витая или параллельная пара проводников, экранированный или неэкранированный кабель

Один неэкранированный проводник

Резисторы 120 Ом, установленные по концам шины

Отдельные согласующие резисторы, подключенные к выводам CAN_H и CAN_L, в каждом узле сети; сопротивление резисторов зависит от количества узлов

Согласующий резистор в каждом узле сети CAN; сопротивление резистора зависит от количества узлов

-3,0/16 -3,0/32

-3,0/16 -3,0/32

-3,0/16 —

CAN_L: -2,0 (минимальное значение)/2,5 (номинальное значение) CAN_H: 2,5 (номинальное значение)/7,0 (максимальное значение)

CAN_L: -2,0 (минимальное значение)/2,5 (номинальное значение) CAN_H: 2,5 (номинальное значение)/7,0 (максимальное значение)

Напряжение смещения CAN_BUS не более 1,0

Рис. 1а

Рис. 1б

Рис. 1в

Минимальное/максимальное напряжение шины, В: 12-вольтовые системы 24-вольтовые системы

Минимальное/максимальное синфазное напряжение шины, В

Схема сети

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010

13


ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Рис. 1. Схемы сетей CAN

Рис. 2. Расположение выводов CAN-трансиверов

Рис. 3. Использование вывода VSPLIT ветствующем ей рисунке 1 разновидности CAN-трансиверов выпускает компания ON Semiconductor (ON Semi). Линейка CAN-трансиверов от ON Semi представлена в таблице 2. Основную часть ассортимента трансиверов представляют одноканальные высокоскоростные приборы в 8-выводных корпусах SOIC. К числу их общих особенностей относятся:

14

• полная совместимость со стандартом ISO 11898-2; • возможность работы в составе 12и 24-вольтовых систем на скорости до 1 Мбит/сек; • малый уровень электромагнитных излучений (исключает необходимость применения синфазного дросселя); широкий синфазный диапазон дифференциального приемника (±35 В);

• защищенность выводов шины от переходных процессов и коротких замыканий с напряжением питания и общей цепью; • совместимость логических входов с 3,3-вольтовыми уровнями; • защита от электростатических разрядов выводов не хуже 4 кВ (8 кВ у AMIS-30663/42665/42671/42673); • тепловая защита; • отсутствие влияния на работу шины в незапитанном состоянии; • совместимость корпуса с директивой RoHS. На рисунке 2 показано расположение выводов CAN-трансиверов ON Semi, и в частности – их 8-выводных высокоскоростных версий. Здесь показано, что отличия в расположении затрагивают только выводы 5 и 8. Разобравшись с назначением этих выводов, получим первое представление об отличиях трансиверов. Трансиверы с выводом S реализуют начальный уровень минимизации электропотребления за счет отключения передатчика на время «прослушивания» линии. Собственно отключение передатчика происходит с подачей высокого уровня на вывод S. Микросхемы с выводом STB позволяют еще больше снизить потребляемый ток за счет отключения не только передатчика, но и приемника; в работе остается лишь один специальный маломощный дифференциальный приемник для мониторинга активности шины. При выполнении условия активности шины этот приемник генерирует сигнал возобновления активности управляющему контроллеру (падающий фронт на выходе RX). У микросхем с выводом V33 совместимость логического интерфейса с 3,3-вольтовыми системами достигается не только на входах, но и на выходах. По сути, V33  – это отдельный вывод питания цифрового интерфейса трансивера. На данный вывод допускается подача напряжения не только 3,3 В, но и 2,5 В ±5%. Подавляющая часть 8-выводных трансиверов имеет вывод VREF, на который выводится опорное напряжение VCC/2 (±10%, 50 мкА), в то время как у оставшихся микросхем в этой же позиции предусмотрен вывод VSPLIT, который является буферизованным (500 мкА), менее прецизионным (±40%) и защищенным (подобно выводам CAN_H и CAN_L) аналогом VREF. Он задействуется согласно схеме, приведенной на рисунке 3, что необходимо для исключения ступенек в синфазном сигнале и, как следствие, снижения ЭМИ за счет смещения шины стабилизированным напряжением VCC/2. Такие ступеньки создают незапитанные узлы с чрезмерными токами утечки, вызывающие уход

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010


ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Таблица 2. CAN-трансиверы компании ONS Наименование

Описание

Кол-во передатчиков

Кол-во приемников

Напряжение питания VCC, В

Макс. скорость связи, Мбит/сек

tDOM (мин.), мкс

Максимальный потребляемый ток в рецессивном состоянии, мА

Корпус*

Высокоскоростные CAN-трансиверы AMIS-30660

Высокоскоростной CAN-трансивер

1

1

4,75...5,25

1

250

8

SOIC-8

AMIS-30663

Высокоскоростной CAN-трансивер

1

1

4,75...5,25

1

250

8

SOIC-8

AMIS-42665

Высокоскоростной маломощный CAN-трансивер

1

1

4,75...5,25

1

300

8

SOIC 8

AMIS-42670

Высокоскоростной CAN-трансивер для длинных линий связи

1

1

4,75...5,25

1

8

SOIC 8

AMIS-42671

Высокоскоростной CAN-трансивер для длинных линий связи

1

1

4,75...5,25

1

8

SOIC-8

AMIS-42673

Высокоскоростной CAN-трансивер для длинных линий связи

1

1

4,75...5,25

1

8

SOIC-8

AMIS-42675

Высокоскоростной маломощный CAN-трансивер

1

1

4,75...5,25

1

8

SOIC-8

ВысокоскоростNCV7340 (New) ной маломощный CAN-трансивер

1

1

4,75...5,25

1

300

10

SOIC-8

NCV7341

Улучшенный высокоскоростной маломощный CAN-трансивер

1

1

4,75...5,25

1

300

10

SOIC-14

AMIS-42700

Сдвоенный высокоскоростной CAN-трансивер

2

2

4,75...5,25

1

250

19,5

SOIC-20

AMIS-42770

Сдвоенный высокоскоростной CAN-трансивер для длинных линий связи

2

2

4,75...5,25

1

15000

19,5

SOIC-20

Отказоустойчивые CAN-трансиверы AMIS-41682

Отказоустойчивый CAN-трансивер

1

1

4,75...5,25

0,125

750

6,3

SOIC-14

AMIS-41683

Отказоустойчивый CAN-трансивер

1

1

4,75...5,25

0,125

750

6,3

SOIC-14

NCV7356

Однопроводной CAN-интерфейс

17000

8

SOIC-8

Однопроводной CAN-трансивер 1

1

5...27

0,1

Примечание: * – корпуса SOIC-8 и SOIC-14 в узкой версии (ширина 0,15 дюйма), SOIC-20 – в широкой (0,3 дюйма).

напряжения рецессивного состояния от своего номинального значения VCC/2. Как следует из таблицы 1, трансиверы также различаются поддержкой функции ограничения длительности доминантного состояния. Данная функция направлена на обеспечение работоспособности всей шины в целом в случае некорректного поведения одного из ее узлов, который пытается длительно удерживать доминантное состояние на шине. Реализуется она с помощью таймера, управляемого с входа передачи TX (запуск отсчета времени  – падающим фронтом, сброс счетчика – нарастающим). Если длительность низкого

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010

уровня на входе TX оказывается дольше уставки таймера (tDOM), то выполняется принудительное отключение передатчика, что приводит к переводу шины в рецессивное состояние. С другой стороны, наличие данной функции исключает возможность низкоскоростной передачи, поэтому специально для применений, где необходима передача данных на пониженных скоростях на расстоянии свыше 1 км, предлагаются трансиверы без таймера или с увеличенной уставкой tDOM. Обзор отличий 8-выводных высокоскоростных трансиверов завершают: возможность подключения к

одной шине до 110 трансиверов (AMIS42675, NCV7340, а также 16-выводной NCV7341); поддержка режима AUTOBAUD (AMIS-42671), в котором отключается передатчик, а вся остальная часть трансивера продолжает функционировать, позволяя отслеживать активность шины через вывод RXD. Переданные через вывод TXD данные возвращаются через вывод RXD, не достигая шины CAN. Специально для применений, где требуется более гибкое управление электропотреблением, разработан 16-выводной трансивер NCV7341. Эта ИС поддерживает несколько экономичных режимов

15


ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

одного из проводников подключения к шине CAN. AMIS-41683 идентичен AMIS-41682, но оснащен цифровым интерфейсом, который полностью совместим с 3,3-вольтовыми логическими уровнями. Линейку CAN-трансиверов ON Semi замыкает ИС NCV7356, которая реализует третий вариант топологии шины CAN в соответствии со стандартом SAE J2411. Типовая схема включения этого трансивера показана на рисунке 4. Здесь отражено главное преимущество данной топологии – возможность электрического соединения узлов шины всего лишь одним физическим проводником. В качестве второй электрической цепи здесь выступает соединенный с минусом батареи металлический корпус системы (например, «масса» автомобиля).

Рис. 4. Схема включения однопроводного CAN-трансивера работы, в т.ч. RECEIVE-ONLY (активен только канал приема), STANDBY (отключены приемник и передатчик; за активностью шины продолжает следить маломощный дифференциальный приемник; запрос на возобновление генерируется через выводы RXD и ERR; альтернативный источник возобновления – сигнал на выводе WAKE), GO-TO-SLEEP (промежуточное состояние для управляемого перехода в режим SLEEP) и SLEEP (аналогичен STANDBY, но позволяет добиться еще меньшего потребления за счет отключения активности вывода INH, который управляет включением/отключением внешнего стабилизатора напряжения). Переход в тот или иной режим работы зависит от состояния выводов STB, EN, а также внутренних флагов, в т.ч. флагов недопустимого снижения напряжений VCC/VIO и VBAT и флага подачи питания или запроса возобновления нормальной работы. Состояние внутренних флагов можно опросить через выход сигнализации ERR. При необходимости подключения CAN-контроллера к двум шинам, а также при разработке удлинителей и повторителей шины выгодно использовать специальные сдвоенные CANтрансиверы. Такие трансиверы ON Semi предлагает под именами AMIS-42700 и AMIS-42770. AMIS-42770 отличается увеличенной уставкой tDOM для обеспе-

16

чения возможности передачи данных на скорости от 1 кбит/сек. Группа отказоустойчивых CANтрансиверов представлена двумя 14-выводными ИС (AMIS-41682, AMIS41683). Данные трансиверы реализуют специальную топологию отказоустойчивой CAN-шины в соответствии со стандартом ISO11898-3. Встроенный в них блок обнаружения повреждений автономно выбирает, в каком режиме передавать данные  – в дифференциальном или в однопроводном. Таким образом, данные трансиверы позволяют сохранить низкоскоростную передачу данных даже при замыкании или обрыве

Заключение Компания ON Semiconductor выпускает обширный ассортимент CAN трансиверов в компактных корпусах для поверхностного монтажа, которые отвечают всем трем существующим стандартам построения физического уровня интерфейса CAN и позволяют удовлетворить разнообразные прикладные требования к скорости/дальности передачи данных и уровню электропотребления. CAN-трансиверы ON Semi отличает малый уровень электромагнитных излучений, отличная защищенность от электростатических разрядов (до 8 кВ) и способность выходных каскадов выдерживать действие разнообразных аварийных режимов работы, что существенно упрощает проектирование CAN-узла, удешевляет его схемную реализацию и повышает надежность.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: analog.vesti@compel.ru

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010


ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Илья Ошурков (г. Москва)

Решения компании STMicroelectronics для безопасной работы интерфейсов

Компания STMicroelectronics – один из крупнейших производителей микросхем различных интерфейсов, таких как LVDS, RS-232, RS-485, USB, CAN – хорошо зарекомендовала себя в качестве поставщика микросхем защиты, о которых пойдет речь в данной статье. К таким микросхемам относятся как серии дискретных защитных TVS-диодов и сборок общего назначения (SMxxx, ESDxxx), так и серии микросхем, предназначенных для защиты портов МК или интерфейсов (ITAxxx, DAxxx, USBxxx, HDMIULxxx).

О

тсутствие защиты может привести к выходу из строя не только интерфейсных, но и более дорогостоящих микросхем. Многие линейки 32-битных микроконтроллеров (МК) содержат встроенный USB-контроллер, который представляет собой не просто приемник и передатчик, а более сложное устройство, управляющее уровнями напряжения и потоками данных. Выход из строя USB-контроллера зачастую приводит к выходу из строя МК, а, следовательно, всего изделия. Следует отметить, что некоторые выпускаемые компанией STMicroelectronics микросхемы интерфейсов уже обладают ESD-защитой, что позволяет им выдерживать электростатический разряд до 15 кВ и сохранять работоспособность. Наличие встроенной ESD-защиты обозначается символом Е в маркировке микросхемы. Например, ST202EBDR в случае интерфейса RS-232. В таблице  1 представлены некоторые производимые компанией STMicroelectronics микросхемы защиты. Защиты линии передачи данных DA108S1 – диодная сборка из восьми диодов, объединенных парами по топологии «rail-to-rail» [1] в четыре защитных цепочки. Микросхема имеет четыре входа для подключения к защищаемым линиям передачи данных и четыре входа для подачи внешнего напряжения. Применяя данную микросхему, следует помнить, что обратное напряжение для каждого диода не должно превышать 18  В [2], и разница напряжений на выводах микросхемы для подключения внешнего источника также не должна превышать этого значения. В  случае если данное условие выпол-

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010

няется, гарантируется защита по стандарту IEC 61000-4-2 Level 4 от напряжений до 15 кВ (в случае воздушных разрядов) и напряжений до 8 кВ (в случае прямого контакта). DA108S1 может успешно применяться для защиты логической части цифровой сети с интеграцией обслуживания (ISDN S-interface), для защиты портов вывода/вывода микроконтроллеров, а также для удержания различных сигналов в заданном диапазоне напряжения. DA112S1 отличается от микросхемы DA108S1 только количеством диодов. DALC112S1  – диодная сборка, обладающая малым значением входной емкости (<5  пФ), что позволяет применять ее не только для защиты портов микроконтроллера, но и для защиты высокочастотных каналов передачи данных, таких как графические порты, приемопередатчики локальных и беспроводных сетей (LAN/WAN), телевизионные декодеры. DALC208  – диодная сборка, по которой величина максимального допустимого обратного напряжения для каждого диода составляет 9  В. Малая

величина тока утечки (менее 1 мкА) позволяет эффективно применять данную микросхему в портативных электронных устройствах. Стоит также отметить, что DALC208 занимает почти в два раза меньше места на плате по сравнению с микросхемами DA108S1/DA112S1 и DALC112S1. Для защиты, выполненной по топологии «rail-to-rail», важную роль играет ток разряда, поскольку от него зависят основные параметры таких схем – значения напряжений фиксации. Поскольку нижний и верхний уровни фиксации определяются не только внешним источником, но и падением напряжения на проводящем диоде, величина которого зависит от протекающего тока через диод, то для различных режимов защиты их значения будут отличаться. Например, для микросхемы DALC208 при подключении внешнего источника 5  В при условиях испытания по стандарту IEC 61000-4-2 Level 4 (напряжение разряда 8 кВ при прямом контакте с проводником) уровни фиксации составят 23 и -18 В. Среди выпускаемых компанией STMicroelectronics диодных сборок стоит выделить сборки из Transil™ или TVS-диодов (TVS, Transient Voltage

Рис. 1. Применение микросхемы USB6B1 для защиты USB-интерфейса

17


ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ Таблица 1. Описание микросхем защиты Наименование

Стандарт надёжности

DA108S1 DA112S1

Тип 1*

DALC112S1

Тип 4

DALC208

Тип 1 Тип 5

ITA10B1 ITA25B3

Тип 1 Тип 6

USB6B1

Тип 7

USBLC6-2

Тип 1

USBULC6-2M6

Тип 1

USBULC1606-4M8

Тип 1

SLVU2.8

Тип Тип Тип Тип

HDMIULC6-2x6

Тип 1

HDMIULC6-4F3

Тип 1

HDMI2C1-5DIJ HSP061-4NY8

Тип Тип Тип Тип

1 2 3 5

1 8 1 6

Описание

Применения

«rail-to-rail» сборка из 8 и Защита портов МК, логических элементов ISDN 12 диодов, соответственно интерфейса, ограничение сигналов Защита портов МК, аппаратных средств LAN/ «rail-to-rail» сборка из 12 WAN, графических портов, телевизионных деконизкоемкостных диодов деров Защита портов МК, портативных электронных «rail-to-rail» сборка из 8 приборов, аудио и видео входов, USB и ISDN диодов интерфейсов сборка из 6 и 10 двунаЗащита промышленных интерфейсов RS-232, RSправленных TVS-диодов 423, RS-433, RS-485 Защита промышленных интерфейсов RS-423, RSдиодный мост с TVS485, портов USB, оборудования ISDN интерфейдиодом в диагонали сов, ADSL- и HDSL-линий Защита портов USB 2.0 и 1.1, Ethernet-портов, диодный мост с TVSлиний передачи видеоинформации, SIM-карт, диодом в диагонали портативных электронных устройств Защита портов USB 2.0, Ethernet-портов, линий диодный мост с TVSпередачи видеоинформации, портативных элекдиодом в диагонали тронных устройств диодная сборка с защитой Защита компьютеров, принтеров, мобильных телешины питания TVSфонов, видео аппаратуры диодом сборка шунтированных TVS-диодов

Защита Ethernet-интерфейса (1...10 Гбит/с)

диодный мост с TVSдиодом в диагонали два диодных моста с TVSдиодами в диагонали двунаправленный изолирующий буфер четырёхканальная диодная сборка

Защита портов HDMI (1,65...3,2 Гбит/с), USB 2.0, Ethernet, линий передачи видеоинформации Защита мобильных телефонов, линий передачи видео данных, портов HDMI, USB 2.0 Защита видеокарт персональных компьютеров, телевизионных декодеров Защита портов HDMI 1.3, USB 3.0, SATA, интерфейсов передачи цифровых изображений

Тип корпуса SO-8 SO-8 SOT23-6L SO-8 и SO-20 SO-8 SOT23-6L, SOT-666 µQFN µQFN

SO-8 µQFN, SOT-666 Flip Chip QFN µQFN

* Обозначения: Тип 1 – IEC 61000-4-2 Level 4 (15 кВ воздушный разряд, 8 кВ контактный разряд); Тип 2 – IEC 61000-4-4 Level 4 (±2 кВ, 40 A, 5/50 нс); Тип 3 – IEC 61000-4-5 Level 2 (±1 кВ, 42 Ом); Тип 4 – IEC 10000-4-2 Level 3 (8 кВ воздушный разряд, 6 кВ контактный разряд); Тип 5 – MIL STD 883G-Method 3015-7: class 3 (25 кВ Нuman Body Model); Тип 6 – MIL STD 883G-Method 3015-7: class 3 B (25 кВ Нuman Body Model); Тип 7 – MIL STD 883G-Method 3015-6 Level 3 (25 кВ Нuman Body Model); Тип 8 – JESD22-A114D Level 2.

Supressor – ограничитель напряжений переходных процессов). ITA10B1  – сборка из шести двунаправленных TVS-диодов, в которой за счет их встречно-последовательного включения реализуется защита четырех информационных линий от перенапряжений различной полярности. Основное отличие от микросхем линейки DAxxx заключается в том, что для обеспечения такой защиты не требуется подачи внешнего напряжения, поскольку она осуществляется за счет ограничения напряжения самим диодом. Кроме того, защита такого типа позволяет выдерживать значительно большие токи (пиковый импульсный ток до 40  А, 8/20  мкс). При использовании данной микросхемы для защиты промышленных интерфейсов RS232, RS-423, RS-433 или RS-485 гарантируется защита в соответствии со стандартами IEC 61000-4-2 Level 4 и MIL STD 88G – Method 3015-7: class 3  B (25  кВ для модели человеческого тела). Микросхемы серии ITAxxB1 отличаются напряжением срабатывания TVS-диодов, для ITA10B1 оно составляет 10 В. ITA25B3 отличается от ITAxxB1 меньшей зависимостью напряжения фик-

18

сации тока через TVS-диод и раздельными входами и выходами, что позволяет еще больше повысить надежность защиты и снизить влияние паразитных индуктивностей внешних цепей. USB-защита USB6B1 – диодный мост с TVSдиодом в диагонали, позволяющий обеспечить защиту не только информационных каналов, но и шин питания. Напряжение срабатывания TVS-диода составляет 6  В. Микросхема способна выдерживать импульсные разрядные токи до 25  А (8/20  мкс) и обладает повышенным уровнем защиты, соответствующим стандарту MIL STD 883C-Method 3015-6, а наличие раздельных входов и выходов позволяет еще больше повысить уровень защиты от электростатического разряда. Низкая величина входной емкости, отсутствие искажений сигнала даже при скоростях передачи данных до 12 Мбит/с, а также наличие ограничения напряжения питания делает микросхему совместимой со стандартами протокола USB. Миниатюрное исполнение микросхемы позволяет без труда размещать ее на печат-

ной плате в непосредственной близости от USB-разъема (рис. 1). Данная микросхема может применяться и для защиты промышленных интерфейсов RS-423 и RS-485, а также для защиты оборудования абонентских линий ADSL или HDSL. USBLC6-2 отличается от микросхемы USB6B1 меньшими размерами, а также полностью соответствует требованиям, предъявляемым к совместимым с интерфейсом USB 2.0 устройствам. Микросхема может применяться для защиты портов USB 2.0, в том числе при их работе в режиме «Hi-speed» (25...480  Мбит/с), а также для защиты портов USB 1.1, Ethernet-портов (10/100 Мбит/с), SIM-карт, каналов передачи видеоизображений, портативных электронных устройств. USBULC62M6  – диодный мост с TVS-диодом в диагонали. Обладает крайне малыми размерами (1,5 мм2) и широкой полосой пропускания. В отличие от микросхемы USBLC6-2 может применяться для защиты Ethernet-портов со скоростью до 1000 Мбит/с. USBULC1606-4M8 – диодная сборка с защитой шины питания TVS-диодом, допускающая подключение

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010


ОБЗОРЫ

АНАЛОГОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ

до трех каналов. Микросхема обладает широкой полосой пропускания и малыми габаритами. Основное применение – защита портов интерфейса Mini USB. Вся серия USBxxx имеет низкие утечки (<<1 мкА), что позволяет использовать их в портативных устройствах. Ethernet-защиты Постепенно на индустриальный рынок внедряются микроконтроллеры со встроенным Ethernet-контроллером. SLVU2.8  – сборка TVS-диодов, к которым встречно-последовательно подключены низкоемкостные компенсационные диоды [1], обеспечивающая защиту четырех пар сигналов. Благодаря низкоемкостному шунтированию данные микросхемы можно применять для защиты Ethernet-линий, скорость передачи данных по которым может достигать 10 Гбит/с (для SLVU2.8-8A1) или 100  Мбит/с (для SLVU2.8-4A1). Микросхема обеспечивает защиту от статических разрядов напряжением до 15 кВ и выдерживает импульсные токи до 40 А (5/50 нс). SLVU2.8 соответствует стандарту IEC 61000-4-5 (устойчивость против ударов молнии). Типовая схема включения данной микросхемы представлена на рис. 2. За более подробной информацией можно обратится к документации на сайте ST[4].

Рис. 2. Применение микросхемы SLUV2.8-4A1 для защиты линий 10/100 Мбит/с Ethernet Заключение Номенклатура защитных микросхем компании STMicroelectronics также включает в себя микросхемы для защиты от электромагнетических помех (EMI – ElectroMagnitic Interference) и для уменьшения электромагнетического шума, генерируемого при передаче данных, например, EMIF–01xxx общего назначения, USBDFxx и EMIF02xxxUSB для USB- интерфейсов, BAL-2xx для радио интерфейсов. Данные микросхемы также соответствуют высоким ESD-стандартам, что позволяет совместить одновременно высокую EMI- и ESD-защиту.

Дополнительная информация 1. http://www.trt.ru/products/ diotec/articles_tvs.php 2. http://www.st.com/stonline/ products/families/protection/tvs_ clamping_arrays/clamping_arrays.htm 3. http://www.st.com/stonline/ stappl/cms/press/news/year2010/ p3010.htm 4. http://www.st.com/stonline/ products/literature/an/16018.pdf. Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: analog.vesti@compel.ru

HDMI-защита HDMIULxx по своей структуре схожи с микросхемами защиты USB-интерфейсов, они содержат один (HDMIULC6-2x6) или два (HDMIULC64F3) диодных моста с включенным в диагональ TVS-диодом. Из-за широкой полосы пропускания и низкой входной емкости они рекомендуются к применению для защиты HDMI-портов, скорость передачи данных по которым достигает 3,2 Гбит/с. Помимо этого, данные микросхемы могут широко применяться для защиты других требовательных высокочастотных интерфейсов. HDMI2C1-5DIJ  – двунаправленный изолирующий буфер с усилителем и схемой улучшения фронтов сигналов, предназначенный для защиты интерфейса HDMI 1.3. Микросхема представляет собой комплексное устройство, обеспечивающее не только защиту от электростатического разряда, но и помогающее поддерживать устойчивое работоспособное состояние системы передачи данных. HSP061-4NY8  – четырехканальная диодная сборка с архитектурой «railto-rail» и TVS-диодами [3], разработанная специально для защиты высокоскоростных линий с дифференциальной передачей сигналов. Микросхема рекомендуется к применению для защиты аппаратных средств интерфейсов HDMI 1.3 и 1.4; USB 3.0; SATA.

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010

19


НОВИНКИ

ПАМЯТЬ

Андрей Никитин (г. Минск)

Двухпортовая память M24LR64 с интерфейсами I2C и RFID

Компания STMicroelectronics, один из ведущих мировых производителей микросхем памяти (в частности памяти типа EEPROM и памяти для RFприложений), сообщила о начале поставок первой в новом семействе интегральной схемы двухпортовой памяти M24LR64, предназначенной для расширения функциональных возможностей электронных и электрических устройств, поддерживающих технологию RFID.

Р

адиочастотная идентификация RFID (Radio Frequency Identification) — метод автоматической идентификации объектов, в котором посредством радиосигналов считываются или записываются данные, хранящиеся в так называемых транспондерах или RFID-метках. Любая RFID-система состоит из считывающего устройства (считыватель или ридер) и транспондера (он же – RFIDметка, иногда применяется термин RFID-тег). Большинство RFID-меток состоит из двух частей. Первая  — интегральная микросхема для хранения и обработки информации, модулирования и демодулирования радиочастотного (RF) сигнала и некоторых других функций. Вторая  — антенна для приема и передачи сигнала. Существуют следующие основные критерии классификации RFID-меток и, соответственно, систем, использующих их: • по типу используемой памяти; • по способу электропитания микросхемы RFID-метки; • по номиналу рабочей частоты; • по особенностям конструктивного исполнения. Классификация в зависимости от типа используемой памяти предполагает три основные группы: 1. В микросхеме RFID-метки используется память типа RO (Read Only  – только чтение). Данные в память метки записываются только один раз, непосредственно в процессе изготовления. Метки этого типа применимы только в приложениях идентификации объекта. Запись новой информации в них не предусмотрена (и в принципе невозможна). Если искать аналог этой группе среди микросхем постоянной

20

памяти, то это – масочная постоянная память. 2. Используется память типа WORM (Write Once Read Many – запись однократная, чтение многократное) — кроме уникального идентификатора такие метки содержат блок (или блоки) однократно программируемой памяти, которую в дальнейшем можно многократно считывать. Существенный момент – запись информации в данные блоки осуществляется не на заводе-изготовителе, а в процессе эксплуатации прибора или при подготовке прибора к ней. Последний вариант наиболее характерен для большинства применений меток этого типа. 3. Используется память типа RW (Read and Write – чтение и запись) — такие RFID-метки содержат идентификатор и блоки памяти для чтения и записи информации. Данные в блоке

щие собственный источник питания) и пассивные (не имеющие такового). Подавляющее большинство RFID-решений используют пассивный способ питания (строго говоря, пассивный способ электропитания – один из характерных и наиболее эффективных аспектов RFIDтехнологии). В метках пассивного типа электрический ток, индуцированный в антенне электромагнитным сигналом от считывателя, обеспечивает достаточную мощность для функционирования микросхемы, размещенной в метке, и передачи ответного сигнала. Анализ преимуществ, недостатков и характеристик технологии радиочастотной идентификации, а также правовых аспектов этой технологии и аспектов «RFID и права человека» (есть, оказывается, и такие) выходит за рамки данной статьи. Они более чем подробно изложены в ряде монографий, изданных в последнее время [1-3]. Обратим внимание на те особенности RFID-

Микросхема M24LR64 с одной стороны – обычное периферийное устройство, подключенное к микроконтроллеру по интерфейсу I2C, а с другой – обычная RFID-метка типа RW для систем, использующих RFID-технологию. памяти могут быть многократно изменены в процессе эксплуатации. Отметим, что несмотря на различие меток с памятью типов RO и WORM, для пользователя они идентичны, то есть в процессе эксплуатации системы допускается только считывание ранее записанной информации. С некоторой долей условности метки первого и второго типов можно назвать «меткамиидентификаторами», а метки третьего типа – «метками-памятью». По способу электропитания RFIDметки разделяют на активные (имею-

технологий, которые представляют интерес с точки зрения дальнейшего рассмотрения микросхемы двухпортовой памяти M24LR64 и возможных сфер ее применения. Итак, для традиционных RFIDметок характерно следующее: • Как изделие, пассивная RFIDметка, безусловно, является электронным компонентом. Однако она не предназначена для применения в составе электронной схемы. Она является неким «электронным анклавом» в различных изделиях, в том числе, не имеющих

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010


НОВИНКИ никакого отношения к электричеству или электронике. Так на рисунке 1 представлен проездной билет московского метрополитена и RFID-метка, размещенная между двумя бумажными слоями. Никакого другого использования, кроме как считывание и запись данных по RF-каналу от валидатора, изделие не предполагает. • Традиционные области применения: промышленность, транспортная и складская логистика, торговля, системы контроля и управления доступом, медицина, библиотеки, системы управления багажом, опознавание животных. Они предполагают конечное число принципиальных конструктивных исполнений, а именно: пластиковая или бумажная карта, бумажная лента (по типу штрихкода), брелки, метки-имплантанты и разновидности этих исполнений. • Считывание информации (и запись, если такая возможность предусмотрена) осуществляется через интерфейс радиочастотного канала. Другие интерфейсы доступа к памяти RFID-метки отсутствуют в принципе  – назначение традиционных RFID-меток не предполагает других, кроме RF-канала, способов доступа к данным. • В отличие от других технологий, использующих радиоканал (WiFi, Zigbee, Bluetooth и подобные им), устройство, хранящее данные, не имеет собственного источника питания. Особенности двухпортовой памяти M24LR64 с точки зрения технологии RFID Упрощенная структурная схема микросхемы M24LR64 приведена на рисунке 2. К традиционной схеме RFID-метки типа RW добавлен доступ к EEPROMпамяти по стандартному последовательному интерфейсу I2C. Интерфейс I2C обеспечивает взаимодействие с большинством микроконтроллеров. Кроме того, этот интерфейс широко применя-

ПАМЯТЬ

Рис. 1. Внешний вид и RFID-метка проездного билета московского метрополитена ется в заказных специализированных микросхемах (ASIC), опять-таки, как средство коммуникации с микроконтроллерами. Иными словами, для микроконтроллера (или для микросхемы ASIC) микросхема M24LR64 представляет периферийную микросхему архивной памяти. Со стороны радиоканала микросхема M24LR64 представляет собой традиционную RFID-метку типа RW со стандартным радиочастотным ISO15693 беспроводным интерфейсом связи с RFID-ридерами (стандарт ISO15693 — технология RFID пассивных компонентов, получающих и энергию питания, и данные от радиочастотной системы). Следовательно, с точки зрения функциональных возможностей микросхема M24LR64, с одной стороны – периферийное устройство, подключенное к микроконтроллеру по интерфейсу I2C, а с другой – обычная RFID-метка типа RW для систем, использующих RFIDтехнологию. Несмотря на то, что по функциональным возможностям микросхема M24LR64 может быть применена во всех тех приложениях, где используются традиционные RFID-метки типа RW, на практике области ее применения несколько другие. Во-первых, конструктивное исполнение M24LR64 (микросхема доступна в корпусах SO-8, TSSOP-8 и UFDFPN-8) не позволяет

Рис. 2. Упрощенная структурная схема микросхемы M24LR64

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010

использовать ее в пластиковых RFIDкартах, лентах со штрих-кодом и т.д. Во-вторых, традиционные приложения (маркировка грузов в логистике, товаров в торговле, сборочных единиц в промышленности, личные средства управления доступом в помещения и др.) не содержат электронных блоков и, следовательно, наличие интерфейса к EEPROM-памяти со стороны микроконтроллера остается невостребованным по условиям решаемой задачи. Наиболее оправданным выглядит применение микросхемы M24LR64 в качестве фрагмента схемы в электронных устройствах (что иллюстрируется рисунком 3). При этом на печатной плате устройства размещается как сама микросхема M24LR64, так и антенна, выполненная в виде печатного проводника. В качестве одного из применений микросхемы M24LR64 компания STMicroelectronics приводит возможность эффективной локализации встроенного программного обеспечения электронных устройств [4-5]. Традиционно локализованное (в частности, русифицированное) программное обеспечение прошивается в постоянную память электронного устройства на этапе изготовления изделия. При этом изделия с различным языком интерфейса пользователя должны различным образом маркироваться и храниться на складах таким образом, чтобы исключалась

Рис. 3. Пример использования микросхемы M24LR64 в электронных устройствах

21


НОВИНКИ

ПАМЯТЬ

Рис. 4. Локализация программного обеспечения электронных устройств, включающих микросхему M24LR64 какая-либо путаница. Помимо этого, какие-то версии изделий могут оказаться в избытке, а какие-то, наоборот, отсутствовать в необходимых количествах. Далее – внесение изменений (пусть даже несущественных) в программный код предполагает либо возврат изделий на перепрошивку, либо отгрузку потребителю изделий с устаревшей версией программного обеспечения. Применение в электронных устройствах микросхемы M24LR64 кардинальным образом меняет ситуацию. Изначально все изделия выпускаются с одной версией программного кода (например, англоязычной). Изделия упаковываются в собственную упаковку и в тару. Локализация программного обеспечения (перепрошивка кода) осуществляется при помощи RFID-программатора непосредственно при подготовке партии товара к отгрузке пользователю, что иллюстрируется рисунком 4. Основные достоинства данного метода: нет необходимости вскрывать тару и собственную упаковку изделий, что существенно упрощает и ускоряет процесс локализации. Опять же, смена версий программного обеспечения также существенно упрощается, если размер памяти (64  Кбит) будет достаточен для хранения программного кода электронного устройства. Кроме этого, сохранены все удобства использования традиционных RFID-меток с точки зрения логистики, учета товаров на складах как у перевозчика, так и в торговых организациях. Понятно, что интерфейс I2C позволяет использовать микросхему M24LR64 только в качестве архивной памяти. Предполагается, что программный код будет загружен в основную память программ либо при каждом включении питания, либо (что более эффективно) при обнаружении несовпадения номеров версий программного обеспечения в основной памяти программ и в микросхеме M24LR64. Помимо простоты локализации и обновлении версий программного обеспечения имеет смысл обозначить и другие приложения, в которых сочетание двух

22

способов доступа к данным открывает дополнительные возможности: • Электронные счетчики различного назначения. Здесь имеются в виду не только счетчики электроэнергии и другие устройства «умного дома», но и, например, счетчики ресурса работы устройства (гарантийный срок службы отсчитывается не как календарный срок от момента продажи, а как реальное время работы устройства). • Статистическое отслеживание событий, как то: состояния оборудования, протоколирование нештатных ситуаций, хранение информации о ремонтах и т.д. • Мониторинг автотранспортных средств: накопление протокола (координаты от GPS-приемника, скорость движения, запас топлива и т.д.) для последующей передачи информации на компьютер в диспетчерском пункте. Микросхема M24LR64, как электронный компонент, обеспечивающий возможность интеграции RFID-технологии в микроконтроллерную технику, позволяет отказаться от использования более дорогих и технически более сложных решений (WiFi, Zigbee, Bluetooth, GSM-модемы), что ранее было проблематично. Коротко о технических характеристиках двухпортовой памяти M24LR64 • Память – 64 Кбит, организованная как 8 Кбайт со стороны канала I2C и 2048 блоков по 32 бита со стороны радиоканала. • Напряжение питания – от 1,8 до 5,5 В. • Не менее 1000000 циклов записи по каналу I2C и не менее 100000 циклов записи по радиоканалу. • Многоуровневая защита (система паролей) со стороны радиоканала и одноуровневая защита со стороны канала I2C. • Гарантия сохранности данных в памяти – не менее 40 лет. • Уникальный 64-х разрядный идентификатор микросхемы. На сайте ST (www.st.com) можно найти полную техническую документа-

цию данной микросхемы и многие детали ее применения. Заключение Компания STMicroelectronics предложила инновационное решение, существенно расширив возможности применения RFID-технологии. Отметим, что традиционные конструктивные исполнения RFID-меток (пластиковые и бумажные RFID-карты, ленты со штрих-кодом, метки, имплантируемые в изделия, и т.д.) поставлялись потребителю только в значительных количествах, то есть были доступны только крупным производителям и системным интеграторам. И наконец, дополнительный инструментарий (главным образом считыватели: мобильные, настольные, портальные, а также антенны для них) в настоящее время выпускаются множеством производителей и по весьма доступным ценам. Все это делает микросхему двухпортовой памяти M24LR64 перспективным решением для приложений самого различного назначения. Литература 1. Сандип Лахири. RFID. Руководство по внедрению. — М.: КудицПресс, 2007. 2. Маниш Бхуптани, Шахрам Морадпур. RFID-технологии на службе вашего бизнеса. — М.: Альпина Бизнес Букс, 2007. 3. Клаус Финкенцеллер Справочник по RFID. — М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2008. 4. http://www.st.com/stonline/ domains/support/edemoroom/ index.htm?id=10//видеоролик компании ST Microelectronics. 5. http://www.st.com/stonline/ domains/support/edemoroom/ index.htm?id=11//видеоролик компании ST Microelectronics.

Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: memory.vesti@compel.ru

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010


НОВИНКИ

УПРАВЛЕНИЕ ПИТАНИЕМ

Андрей Самоделов (г. Москва)

Новые микросхемы DC/DC-преобразователей компании Maxim

В статье подробно описываются основные характеристики новейших DC/DC-преобразователей компании Maxim, применяющихся в источниках питания, силовых модулях, ЖКИ дисплеях, сетевых системах и т.д.

Н

а сегодняшний день семейство DC/DC-преобразователей компании Maxim насчитывает около 500 ИС. За последние несколько лет появились новые микросхемы, которые отражают мировую тенденцию роста частоты преобразования, что позволяет обходиться индуктивностями и емкостями меньшего номинала и, в свою очередь, уменьшает габариты и массу источников питания. Использование сопротивления открытого канала силового MOSFET делает ненужным установку мощного низкоомного резистора датчика тока и позволяет еще более повысить надежность систем защиты преобразователей от перегрузок и коротких замыканий по выходу. Наличие входов управления упрощает организацию заданной последовательности включения стабилизаторов в многоканальных блоках питания. Основные характеристики новейших DC/DC-преобразователей компании Maxim приведены в таблице 1. Для большинства микросхем доступны ознакомительные наборы, позволяющие оценить возможность использования микросхем в конкретных приложениях. В них входит четырехслойная печатная плата с установленными компонентами и комплект документации. MAX15026/MAX15023 Микросхемы MAX15026/ MAX15023 – это одно-/двухканальные контроллеры синхронного понижающего преобразователя, работающие при входном напряжении 4,5...28 В или 5 В ±10% и обеспечивающие одно/два независимых выходных напряжения, каждое из которых может подстраиваться от 0,6 В до 85% UВх при токе нагрузки 12 А (MAX15023) или 25 А (MAX15026) на канал. Пульсации входного напряжения и общие (RMS) пульсации вход-

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010

ного тока уменьшаются за счет поворота фазы на 180°. С помощью внешнего резистора частота переключения MAX15023 регулируется от 200 кГц до 1  МГц, а для MAX15026 – от 200 кГц до 2 МГц. Адаптивный синхронный выпрямитель делает ненужным применение внешних диодов с барьером Шоттки. Использование сопротивления открытого канала нижнего силового MOSFET-транзистора в качестве датчика тока позволяет обходить-

ся без внешнего низкоомного резистора. Такое решение защищает компоненты DC/DC-преобразователя от выхода из строя при перегрузках или коротком замыкании. Режим ограничения выбросов тока уменьшает рассеивание мощности при коротком замыкании. Микросхемы имеют один/два выхода «power-good» и один/два входа управления с прецизионными порогами включения/выключения, которые используются для контроля входного напряжения и выбора

Рис. 1. Типовая схема включения MAX15023

23


НОВИНКИ

УПРАВЛЕНИЕ ПИТАНИЕМ

Uвх max, В

Uвых min, В

Uвых max, В

Макс. Iвх, А, ≥

Кол-во выходов DC/DC

Таблица 1. Основные характеристики новейших DC/DC-преобразователей компании Maxim Метод регулировки выхода

МАХ15023

Понижающий синхронный преобразователь

4,5

28

0,6

28

15

Резистор

2

1000

MAX15026

Понижающий синхронный преобразователь

4,5

28

0,6

28

15

Резистор

1

2000

TDFN-EP/14

9,6

MAX15032

Повышающий DC/DC ШИМпреобразователь

2,7

11

1

36

0,07

Резистор

1

500

TDFN-EP/8

9,6

MAX15034

Понижающий сильноточный синхронный преобразователь

4,75

28

0,61

5,5

50

Резистор

2

1000

TSSOP-EP/28 TSSOP/28

63,7

MAX15038

Понижающий стабилизатор со встроенным ключом

2,9

5,5

0,6

4,5

4

Цифровой/VID Дин. по вх. оп резистор

1

2000

TQFN/24

16,8

MAX15041

Понижающий DC/DC ШИМпреобразователь с внутренними ключами

4,5

28

0,6

25

3

Резистор

1

350

TQFN/16

9,6

MAX15046

Высокопроизводительный контроллер понижающего DC/DCпреобразователя

4,5

40

0,6

36

25

Резистор

1

1000

QSOP/16

30,9

Тип микросхемы

Функциональные особенности

Uвх min, В

Частота Средства преобраразразования, ботки кГц

EE-Sim

EE-Sim

Тип корпуса/ кол-во выводов

Минимальный размер, мм2

TQFN/24

16,8

повышенной теплоотдачей и работают при температуре -40...85°C. MAX15026 выпускаются в 14-выводном корпусе TQFN-EP (3x3 мм) с повышенной теплоотдачей и работают при температуре -40...85°C или -40...125°C. Области применения: • Источники питания DSP; • ЖКИ телевизоры; • Локальные стабилизаторы; • Силовые модули; • Цифровые приемники; • Коммутаторы/маршрутизаторы. Ознакомительные наборы: MAX15023EVKIT/ MAX15026BEVKIT.

Рис. 2. Типовая схема включения MAX15026 последовательности включения стабилизаторов. Дополнительные функции защиты включают ограничение пикового тока через нижний транзистор в каждом цикле преобразования и тепловую защиту, что предотвращает возрастание обратного тока дросселя до опасного уровня в моменты прохождения втекающего тока. Обе микросхемы допускают работу в режиме запуска с предварительным смещением без разряда выходных кон-

24

денсаторов и имеют внутреннюю цифровую систему адаптивного плавного запуска. Эти особенности позволяют при запуске монотонно заряжать выходной конденсатор очень большой емкости и контролировать пиковый ток дросселя во время бросков тока при коротком замыкании. Типовые схемы включения MAX15023/MAX15026 приведены на рис. 1 и рис. 2. MAX15023 выпускаются в 24-выводном корпусе TQFN-EP (4x4  мм) с

MAX15032 Микросхема MAX15032 – это малошумящий повышающий ШИМпреобразователь с постоянной частотой преобразования (500  кГц) и токовым управлением. Он создан для низковольтных систем, в которых требуется локальный источник высокого напряжения с малым уровнем пульсаций и выходной мощностью до 600 мВт при входном напряжении 2,7...11 В. Микросхема может использоваться для широкого класса приложений, таких как источники смещения p-i-n или варакторных диодов и ЖКИ-дисплеев.

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010


НОВИНКИ Высоковольтный внутренний силовой DMOS-ключ позволяет увеличить входное напряжение до 36 В. В целях повышения экономичности MAX15032 имеет режим отключения. Типовая схема включения MAX15032 приведена на рис. 3. MAX15032 выпускаются в восьмивыводном корпусе TDFN (3x3 мм) с повышенной теплоотдачей и работают при температуре -40...125°C. Области применения: • Смещение фотодиодов; • ЖКИ дисплеи; • Малошумящие источники смещения варакторов; • Источники смещения p-i-n диодов; • Источники питания STB Аудио ИС. MAX15034 Микросхема MAX15034 – это двухфазный конфигурируемый контроллер понижающего преобразователя с одним/двумя выходами, работающий при входном напряжении 4,75...5,5  В или 5...28  В и выходном напряжении 0,61...5  В. Вход выбора режима позволяет использовать микросхему или в двухканальном режиме, или в режиме объединения выходов для повышения максимального тока нагрузки. Каждый выход MAX15034 управляет n-канальными MOSFETтранзисторами и может обеспечить ток нагрузки более 25 A. В MAX15034 используется режим управления по среднему току при частоте преобразования до 1 МГц. При этом сигналы управления в фазах отличаются на 180°, что приводит к значительному подавлению пульсаций тока на входных конденсаторах и выходного напряжения при объединении фаз. Каждый канал имеет независимые усилители для датчиков напряжения и тока, которые компенсируют номиналы LC-фильтров и переходные процессы. Два входа управления MAX15034 позволяют задавать последовательность включения каналов. Внешним резистором частота переключения регулируется от 100 кГц до 1 МГц с возможностью использования внешнего сигнала синхронизации. В микросхеме имеется тепловая защита и защита от выбросов тока при коротком замыкании. Основное применение MAX15034 найдет в приложениях, требующих быстрого отклика и точности поддержания выходного напряжения. Типовая схема включения MAX15034 приведена на рис. 4. MAX15034 выпускаются в 28-выводном корпусе TSSOP с максимальной рассеиваемой мощностью 2,1 Вт и работают при температуре -40...125°C. Ознакомительный набор: MAX15034BEVKIT.

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010

УПРАВЛЕНИЕ ПИТАНИЕМ

Рис. 3. Типовая схема включения MAX15032 Области применения: • Графические карты; • Мощные компьютеры/рабочие станции/серверы; • Сетевые системы; • DC/DC-стабилизаторы для телекоммуникаций; • RAID-системы. MAX15038 Микросхема MAX15038 высокоэффективного импульсного стабилизатора обеспечивает ток нагрузки до 4 А при

выходном напряжении от 0,6 В до 90% UВх и входном напряжении 2,9...5,5 В. Это делает ее идеальной для использования в локальных стабилизаторах и пострегуляторах. Общая выходная ошибка составляет менее ±1% при изменении нагрузки во всем рабочем температурном диапазоне. Микросхема MAX15038 работает при фиксированной частоте ШИМ от 500 кГц до 2 МГц. Эта частота задается внешним резистором и позволяет работать в режиме пропуска импульсов.

Рис. 4. Типовая схема включения MAX15034

25


УПРАВЛЕНИЕ ПИТАНИЕМ

Рис. 5. Типовая схема включения MAX15038

Рис. 6. Типовая схема включения MAX15041

Рис. 7. Типовая схема включения MAX15046

26

НОВИНКИ Низкоомные встроенные nMOSключи обеспечивают высокую эффективность при большом токе нагрузки, минимизируя критическую индуктивность и упрощая разводку печатной платы. Микросхема MAX15038 оснащена широкополосным (28 МГц) усилителем напряжения ошибки, который обеспечивает быстрый ответ на переходные процессы, что ведет к уменьшению значения емкости выходных конденсаторов. Архитектура с управлением в режиме напряжения и усилитель напряжения ошибки образуют схему компенсации типа III для обеспечения максимальной полосы пропускания цепи обратной связи, достигающей 20% от частоты преобразования. Два логических входа (с тремя уровнями) MAX15038 позволяют выбрать одно из девяти выходных напряжений с погрешностью ±1% без применения прецизионных резисторов класса точности 0,1%. Используя два внешних резистора и внутренний (0,6  В) или внешний источник опорного напряжения, подключаемый к выводу REFIN, можно установить любое выходное напряжение. Для уменьшения выбросов тока время плавного запуска программируется внешним конденсатором. Типовая схема включения MAX15038 приведена на рис. 5. MAX15038 выпускаются в 24-выводном корпусе TQFN площадью 16,8 мм2 с повышенной теплоотдачей и работают при температуре -40...85°C. Ознакомительный набор: MAX15038EVKIT. Области применения: • Стабилизаторы для ядер ASIC/ CPU/DSP и периферии; • Стабилизаторы базовых станций; • Стабилизаторы для модулей памяти DDR; • Стабилизаторы для RAIDмассивов; • Источники питания серверов; • Источники питания телекоммуникационного оборудования. MAX15041 Микросхема MAX15041  – это недорогой синхронный DC/DCпреобразователь с внутренними ключами и выходным током 3 А при входном напряжении 4,5...28  В. Выходное напряжение регулируется двумя внешними резисторами от 0,6  В до 90% UВх. Микросхема является идеальным выбором для распределенных систем питания, предварительных стабилизаторов, телевизоров и другой бытовой техники. MAX15041 работает в режиме ШИМконтроллера, управляемого пиковым значением тока с фиксированной частотой преобразования 350  кГц и макси-

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010


НОВИНКИ мальной длительностью импульса 90%. Архитектура контроллера с токовым управлением упрощает схему компенсации и позволяет обеспечить ограничение тока в каждом цикле преобразования, а также быстрый ответ при работе на длинную линию или нестандартную нагрузку. Трансимпедансный усилитель с высоким КU обеспечивает гибкие настройки внешней цепи компенсации типа II, позволяя для фильтрации использовать любые керамические конденсаторы. Стабилизатор имеет внутренние MOSFET-ключи, которые обеспечивают лучшую эффективность, чем асинхронные решения, и минимизируют электромагнитные помехи (EMI), уменьшая размер печатных плат и обеспечивая высокую надежность за счет уменьшения количества внешних компонентов. Микросхема имеет функцию тепловой защиты, защиты от перегрузок по току и внутренний LDO-стабилизатор на 5 В с блокировкой при повышенном напряжении. Регулируемый запуск позволяет плавно увеличивать выходное напряжение и уменьшает броски тока. Независимые сигналы управления и «power-good» позволяют создавать источники питания с гибкой последовательностью включения каналов. Типовая схема включения MAX15041 приведена на рис. 6. MAX15041 выпускаются в 16-выводном корпусе TQFN-EP (3x3 мм) с повышенной теплоотдачей и работают при температуре -40...85°C. Ознакомительный набор: MAX15041EVKIT.

УПРАВЛЕНИЕ ПИТАНИЕМ ненужным использование внешнего низкоомного резистора, защищая компоненты DC/DC-преобразователя от выхода из строя при перегрузках по выходу или коротких замыканиях. Режим ограничения выбросов тока уменьшает рассеивание мощности при коротком замыкании. Микросхема MAX15046 имеет выход «power-good» и вход управления с прецизионными порогами включения/ выключения, которые используются для мониторинга входного напряжения и задания последовательности включения стабилизаторов. Дополнительная защита включает тепловую защиту и режим ограничения втекающего тока, который не позволяет обратному току дросселя достигать опасного уровня. Типовая схема включения MAX15046 приведена на рис. 7. MAX15046 выпускаются в 16-выводных корпусах QSOP или QSOP-EP и работают при температуре -40...125°C. Ознакомительный набор: MAX15046BEVKIT. Области применения: • Базовые станции сотовой связи; • Промышленные источники питания (PLC, промышленные компьютеры, компоненты Fieldbus, Fieldbus Couplers); • Источники питания телекоммуникационного оборудования.

Заключение Из обзора видно, что компания MAXIM внимательно следит за потребностями мирового рынка DC/DCпреобразователей и оперативно предлагает решения, отвечающие насущным потребностям разработчиков. Литература 1. MAX15026 Dataseet: http:// datasheets.maxim-ic.com/en/ds/ MAX15026.pdf 2. MAX15023 Dataseet: http:// datasheets.maxim-ic.com/en/ds/ MAX15023.pdf 3. MAX15034 Dataseet: http:// datasheets.maxim-ic.com/en/ds/ MAX15034.pdf 4. MAX15032 Dataseet: http:// datasheets.maxim-ic.com/en/ds/ MAX15032.pdf 5. MAX15038 Dataseet: http:// datasheets.maxim-ic.com/en/ds/ MAX15038.pdf 6. MAX15041 Dataseet: http:// datasheets.maxim-ic.com/en/ds/ MAX15041.pdf 7. MAX15046 Dataseet: http:// datasheets.maxim-ic.com/en/ds/ MAX15046-MAX15046B.pdf. Получение технической информации, заказ образцов, поставка – e-mail: analog.vesti@compel.ru

Области применения: • Бытовая техника; • Распределенные системы электропитания; • Предварительные стабилизаторы; • Телевизоры; • Портативные источники питания; • XDSL-модемы. MAX15046, MAX15046A, MAX15046B Микросхема MAX15046 – это контроллер синхронного понижающего преобразователя, работающего при входном напряжении 4,5...40  В. Она позволяет получать на выходе напряжение от 0,6 В до 85% UBx при токе нагрузки до 25 А, имеет функцию внутреннего цифрового адаптивного плавного запуска, обеспечивая монотонный запуск без разряда выходных конденсаторов. Внешним резистором частота преобразования MAX15046 регулируется от 100 кГц до 1 МГц. Адаптивный синхронный выпрямитель позволяет обходиться без внешних диодов с барьером Шоттки. Микросхема использует сопротивление открытого канала нижнего MOSFETключа в качестве датчика тока, делая

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010

27


FAQ

ВОПРОСЫ ЧИТАТЕЛЕЙ

ответствующей разводкой печатных проводников. Если будут в наличии микросхемы с высокой защитой от ESD до

+/-15 кВ, то защитные сборки можно не ставить. Если в наличии есть только интерфейсные микросхемы RS-422/RS-485 без защиты до +/-15 кВ, то разработчики используют дополнительно двухканальные сборки защитных диодов от Texas Instruments серии TPD2E001 и четырехканальные – серии TPD4E001. Эти защитные микросхемы выпускаются в миниатюрных корпусах и не занимают много места на печатной плате. Кстати, стоимость микросхемы с обычной защитой от ESD в комплекте со сборкой защитных диодов часто оказывается ниже, чем стоимость одной интерфейсной микросхемы с высокой защитой до +/-15 кВ. Посмотреть наличие и цены сборок защитных диодов TPD2E001 и TPD4E001 можно на сайте www.compel.ru.

Технология RFID позволяет узнавать местонахождение носителя RFID-метки относительно RFID-считывателя. На сегодняшний день RFID-считыватели могут считывать на расстоянии до 10 метров. А если добавить к этому технологию Zigbee для передачи данных от RFIDсчитывателя центральному компьютеру, то можно точно определить местонахождение человека или оборудования на данной территории. Микроконтроллеры STM32W от STMicroelectronics на основе популярного ядра Cortex-M3

имеют в составе периферии встроенный Zigbee-интерфейс. Если на одной печатной плате совместить микроконтроллер STM32W с микросхемой M24LR64 (память с RFID-интерфейсом) то можно получить портативный инструмент для информирования о местонахождении людей или оборудования на данной территории. В американском штате Миссури, в одной из местных поликлиник, такое решение Zigbee + RFID было успешно применено для отслеживания местонахождения пациентов.

Подбор силовых транзисторов для схем синхронного выпрямления является не самой простой задачей. Компания International Rectifier специально разработала целую линейку силовых MOSFET с напряжениями «сток-исток» от 40 до 200 В, идеально подходящих именно для синхронных выпрямителей (их таблицу можно посмотреть на страничке http://www.irf.com/ product-info/smps/fs1167.html). Особенно эффективна работа микросхемы при совместной работе с транзисторами IRF7853, IRF7854, IRFB4110 и IRFB4227. Использование ИС IR1167

вместе с данными транзисторами позволяет разрабатывать синхронные выпрямители, рассчитанные на выходное напряжение до 18 В, а также значительно повысить эффективность схемы и удельную мощность источников питания. Одним из преимуществ использования транзисторов IR является малое сопротивление открытого канала, что позволяет значительно снизить потери. Для уменьшения габаритных размеров и экономии места на плате можно применять полевые транзисторы в корпусе SO-8 или высокоэффективные транзисторы в корпусе DirectFET.

Мы часто сталкиваемся с ситуацией, когда нам срочно нужны микросхемы интерфейсов RS-422/RS-485 с высокой защитой от статического напряжения до +/-15 кВ, а сроки поставки нас не устраивают. Однако порой бывают более доступны аналогичные микросхемы от того же производителя (или аналоги от других производителей), но с более низкой степенью защиты от электростатического разряда (ESD). Они подходят нам по всем параметрам (кстати, в большинстве случаев они дешевле), но нам обязательно нужна защита от ESD до +/-15 кВ. Нельзя ли предусмотреть заранее в схеме дополнительные компоненты защиты входов и выходов интерфейсных микросхем от статики, чтобы не попадать в такие неприятные ситуации?

Отвечает инженер по аналоговой продукции Евгений Звонарев: Можно заранее предусмотреть на печатной плате место для сборки быстродействующих защитных диодов с со-

Мы хотим создать систему для отслеживания местонахождения оборудования внутри территории. Порекомендуйте решение.

Отвечает менеджер КОМПЭЛ по продукции STMicroelectronics Джафер Меджахед:

Возможно ли использование микросхемы IR1167 для применения в синхронных выпрямителях с выходным напряжением свыше 12 В?

Отвечает менеджер КОМПЭЛ по бренду International Rectifier Максим Соломатин:

28

НОВОСТИ ЭЛЕКТРОНИКИ № 8, 2010

Ne2010 08  
Advertisement