Умный свет. Технологии и микросхемы от Infineon

Светодиодное освещение набирает все большую популярность. Оно позволяет добиваться отличных показателей эффективности, имеет широкий функционал и высокую гибкость. Современные системы «умный свет» объединяют источники света, блоки питания, датчики (движения, присутствия, освещенности и т. д.) в единую информационную сеть. Все крупные производители предлагают свои решения в данной сфере. Так, например, компания Infineon выпускает широкий спектр специализированных микросхем от регуляторов напряжения, до микроконтроллеров семейства XMC1000.

Рис. 1.	Технологии и микросхемы от Infineon.

Сейчас трудно найти потребителя, который не знал бы о существовании светодиодных источников света. Светодиоды (LED) находят свое применение в самых разных устройствах: от карманных фонариков до мощных промышленных светильников. Причинами такой популярности на первых порах была высокая эффективность и низкое потребление, однако сейчас на первое место выходит их функциональность, простота подстройки уровня освещенности, эффективное управление потреблением и др. Именно LED-светильники идеально подходят для реализации систем «умный свет».

Так как управлять работой LED-источников света достаточно просто, то с их помощью можно без проблем реализовывать интеллектуальные функции:

• функции энергосбережения с привлечением датчиков движения, присутствия и освещения;
• настройку уровня освещения в соответствии с требованиями пользователя;
• автоматизацию процесса управления освещением, например, установку дневных и годовых сценариев;
• автоматическую диагностику неисправностей;
• подстройку и коррекцию уровня освещенности с учетом снижения световой отдачи в течение срока службы и т. д.

Infineon – один из лидеров в сфере производства полупроводниковых компонентов для нужд осветительной техники. Портфолио компании включает широкий спектр аналоговых и цифровых микросхем, а также дискретных компонентов, используемых в этой отрасли:

• микросхемы питания для сетевых драйверов светодиодов для различных приложений;
• широкий выбор высоковольтных полевых транзисторов (семейство CoolMOS™) и низковольтных полевых транзисторов (семейство OptiMOS™);
• микросхемы линейных и импульсных многоканальных драйверов светодиодов;
• семейство микроконтроллеров XMC1000, представители которого отличаются набором специализированных периферийных блоков;
• микросхемы датчиков присутствия и движения.

Основными функциональными блоками в системе «умного света» являются: AC/DC-источники питания (драйверы) для светодиодов, DC/DC-драйверы, датчики, блоки управления (Рис. 2). Блоки управления отвечают за опрос датчиков, контролируют параметры системы, обмениваются информацией с другими интеллектуальными узлами, управляют работой драйверов светодиодов.

Рис. 2.	Использование технологий Infineon для приложений освещения.

Как не сложно догадаться, основная нагрузка по реализации интеллектуальных функций ложится на микроконтроллеры. Именно они выполняют программы по управлению освещением, обеспечивают питание и обсчет показаний датчиков, выдают команды для драйверов, управляют силовыми ключами в источниках питания.

Компания Infineon предлагает к услугам разработчиков семейство микроконтроллеров XMC1000, выполненных по современным 65-нм топологическим нормам. Они совмещают простоту использования 8-битных систем и вычислительную мощность 32-битного ядра. Ключевыми особенностями семейства являются:

• мощное 32-битное ядро ARM® Cortex®-M0, работающее с тактовой частотой до 32 МГц;
• объем FLASH до 200 Кбайт и ОЗУ 16 Кбайт;
• универсальный коммуникационный интерфейс USIC, который может быть настроен для работы в режиме стандартных интерфейсов: UART, SPI, I²C, I²S. Их, в свою очередь, можно использовать для связи с датчиками и для работы с шинами DALI или DMX;
• бесплатный набор библиотек и ПО DAVE™, который включает, в том числе, и стек DALI;
• специализированная периферия для точного управления работой светодиодов (например, специализированный блок управления яркостью LED –BCCU);
• быстрый АЦП со временем преобразования 0.5 мкс, идеально подходящий для приложений, работающих в реальном времени.

В настоящий момент семейство объединяет четыре линейки.

XMC1100 – базовая линейка семейства с объемом FLASH 8…64 Кбайт позволяет реализовывать наиболее простые и бюджетные приложения. Набор периферии у XMC1100 достаточно скромен (16-битные таймер, универсальный интерфейс USIC, 12-битный АЦП).

XMC1200 – линейка микроконтроллеров с объемом FLASH 16…200 Кбайт и специализированной периферией для непосредственной работы с LED. В дополнение к базовому набору периферии микроконтроллеры XMC1200 имеют на борту два АЦП, до трех аналоговых компараторов, специализированный блок BCCU (Brightness and Colour Control Unit) для управления яркостью светодиодов или светодиодных панелей разрешением 64×64, 9 каналов управления яркостью светодиодов.

XMC1300 – линейка с повышенной производительностью и объемом FLASH 8…200 Кбайт. Для увеличения скорости вычислений в состав XMC1300 введен математический со-процессор. Это важно в первую очередь для приложений, работающих в условиях жесткого реального времени. В дополнение к базовому набору периферии микроконтроллеры XMC1300 имеют в своем составе два АЦП, три аналоговых компаратора, 9 каналов управления яркостью светодиодов, еще один 16-битный таймер и блок для работы с энкодерами (или датчиками Холла).

XMC1400 – линейка с максимальной производительностью и наиболее развитой периферией. По сравнению с XMC1300, микроконтроллеры XMC1400 могут похвастаться четырьмя 16-битными таймерами и четырьмя компараторами. Одним из главных достоинств этой линейки является поддержка шины CAN. Эти микроконтроллеры становятся идеальным выбором для наиболее ответственных и производительных приложений.

Основными приложениями для нового семейства микроконтроллеров являются: многоканальные DC/DC-драйверы светодиодов с повышенной точностью установки яркости и интеллектуальные сетевые AC/DC-драйверы, поддерживающие различные шинные протоколы, и выполняющие защитные функции.

Приведем несколько примеров. На Рис. 3 представлен четырехканальный DC/DC-драйвер светодиодов с точной подстройкой яркости и контролем тока. Драйвер может принимать дополнительные сигналы от датчиков (движения, присутствия, освещенности) и взаимодействовать с другими устройствами по шинам DALI или DMX512. Такие драйверы удобнее всего реализовывать с помощью XMC1200 или XMC1300.

Рис. 3.	Пример DC/DC-приложения: управление яркостью RGB-светодиода.

XMC1300 также идеально подойдут для создания AC/DC-драйверов для мощных светодиодов (Рис. 4, Рис. 5). Управление яркостью может осуществляться с помощью стандартного аналогового сигнала 0-10 В или по шине DALI.

Рис. 4.	Пример AC/DC-приложения: источник питания для светодиода.
Рис. 5.	Пример AC/DC-приложения: источник питания для светодиода с ККМ.

Чтобы помочь своим потребителям с разработкой приложений для освещения, Infineon выпустила целый спектр отладочных наборов.

KIT_LED_XMC1202_AS_01 (Рис. 6) – отладочная плата на базе XMC1202 предназначенная для работы в составе стека Arduino (Genuino) Uno R3 или совместно с платой XMC1100 bootkit. KIT_LED_XMC1202_AS_01 работает с напряжениями питания до 48 В, содержит три независимых DC/DC-преобразователя с выходным током до 700 мА на канал, и имеет возможность подключения по I²C.

Рис. 6.	Внешний вид KIT_LED_XMC1202_AS_01.

KIT_XMC1X_AK_LED_001 – набор, включающий базовую плату (XMC1200 bootkit) со встроенным отладчиком Segger J-Link и две платы расширения с различными наборами светодиодов (три полноцветных RGB или 20 одноцветных). Взаимодействовать с платами расширения можно по шинам DALI, DMX512 и по каналу RF.

Рис. 7.	Технологии и микросхемы от Infineon.

KIT_XMC1_LED_CC_EXP_001 – набор на базе XMC1300, состоящий из двух плат: базовой XMC1300 boot kit и платы расширения с драйвером светодиода (до 15 Вт) и гальванически развязанным интерфейсом DALI (Рис. 8).

Рис. 8.	Внешний вид XMC1300 boot kit.

Важным достоинством контроллеров XMC1000 является наличие бесплатных библиотек, утилит и среды разработки DAVE™.

DAVE™ – бесплатная и законченная платформа, построенная на базе Eclipse CDT. Она объединяет ARM®GNU компилятор, бесплатный отладчик, загрузчик, графический визуализатор xSPY. Конечно, если разработчик захочет, он может использовать и другие популярные среды (Atollic, IAR, Keil MDK, Rowley и TASKING).

DAVE поставляется с богатым набором библиотек. В этот набор, в том числе, входит и реализация стека DALI, что весьма интересно с точки зрения создания приложений для современных систем освещения.

Характеристики контроллера XMC1202-T016X0016:

• 32-битное ядро ARM® Cortex®-M0, работающее с тактовой частотой до 33.2 МГц;
• FLASH 16 Кбайт, ОЗУ 16 Кбайт;
• блок управления яркостью светодиодов BCCU: 1;
• каналов АЦП: 6;
• аналоговые компараторы: 2;
• коммуникационные интерфейсы: 1×USIC (I²C, USART и SPI);
• системная периферия: сторожевой таймер, датчик температуры, генератор псевдослучайных чисел, часы реального времени;
• напряжение питания: 1.8…5 В;
• диапазон рабочих температур: –40…+85  °C;
• корпус: TSSOP16.

Состав отладочного набора KIT_XMC1X_AK_LED_001:

• базовая плата: контроллер XMC1200 с объемом FLASH 200 кбайт, встроенный отладчик SEGGER J-Link;
• плата расширения Colour LED Card: 3 RGB-светодиода (10 мА), интерфейсы DALI, DMX, RF, датчик освещенности;
• плата расширения White LED Card: 20 светодиодов с номинальным током 20 мА, объединенных в четыре линейки, интерфейсы DALI, RF, датчик освещенности, датчик температуры.

О компании

Infineon – компания выделилась из состава Simens в 1999 году. В настоящий момент это один из крупнейших производителей электронных компонентов в мире. Номенклатура компании включает широкий выбор аналоговых и цифровых микросхем, низковольтных и высоковольтных дискретных компонентов, мощных силовых транзисторов и интеллектуальных ключей, датчиков и микроконтроллеров, в том числе с 32-битным ядром ARM® Cortex®-M и т. д.

Посмотреть подробнее характеристики контроллеров