OSD335X - новая эпоха интеграции. ARM Cortex-A8, DDR3 и DC-DC-регулятор в одном корпусе

Герой известного советского мультфильма с восхищением говорил: «До чего техника дошла!». Именно эта фраза приходит на ум, когда читаешь спецификации нового семейства SIPOSD335x от компании Octavo Systems. OSD335x имеет габариты всего 27×27 мм, но при этом объединяет в одном корпусе производительный микропроцессор Sitara™ AM335x (Texas Instruments), до 1 Гб памяти DDR3, системную микросхему питания TPS65217C, линейный регулятор TL5209 и более 140 пассивных компонентов!

Рис. 1.	Семейство OSD335x от Octavo Systems.

Интеграция не стоит на месте. Снижение топологических норм приводит к значительному сокращению габаритов современных полупроводниковых компонентов. Даже сверхмощные вычислительные процессоры теперь умещаются в размерах почтовой марки. Однако снижение топологических норм – не единственный путь к миниатюризации.

Существуют и другие подходы, такие, например, как системы-на-кристалле (System-On-Chip, SOC) и системы-в-корпусе (System-In-Package, SIP).

В случае SOC несколько различных микросхем или компонентов выращиваются на одном кристалле. Это идеальное решение для быстродействующих схем, так как все скоростные интерфейсы реализуются внутри одного кристалла, и разработчику не приходится мучиться и разводить ВЧ-линии по плате. К сожалению, не всегда необходимые компоненты и микросхемы возможно вырастить на одном кристалле. В таких случаях применяют альтернативное решение – системы-в корпусе SIP.

В SIP на общей подложке располагаются компоненты с совершенно различными топологическими нормами и технологиями. Вплоть до того, что в одном корпусе уживаются нитрид-галлиевые транзисторы и кремниевая логика или пассивные индуктивности и микросхема DC/DC преобразователя. По сути SIP – это альтернатива целой печатной плате со множеством компонентов.

Естественно возникает вопрос: насколько эффективна технология SIP? Рассмотрим практический пример. Допустим, требуется создать систему, которая должна содержать: системную микросхему питания, мощный процессор, память DDR3, линейный регулятор и сопутствующие пассивные компоненты. Если использовать традиционный подход, то, скорее всего, потребуется многослойная печатная плата площадью не менее десяти-пятнадцати квадратных сантиметров.

Теперь мы подошли к самому интересному. Взяв тот же набор компонентов, и используя последние наработки в SIPтехнологии, компания Octavo Systems умудрилась уместить все вышеперечисленное в корпусе размером 27×27 мм! Площадь нового семейства SIP микросхем OSD335x сравнима с площадью крупной монеты (Рис. 2).

Рис. 2.	Размеры SIP микросхем OSD335x сравнимы с размерами крупной монеты.

OSD335x – семейство SIP, которое включает в себя целую группу сверхсовременных микросхем и компонентов (Рис. 3):

• микропроцессор Texas Instruments Sitara™ AM335x с ядром ARM Cortex-A8;
• оперативную память DDR3 объемом до 512 Мбайт (в перспективе 1 Гбайт);
• микросхему системы питания TPS65217C(TI);
• линейный регулятор TL5209 (TI);
• более 140 пассивных компонентов (индуктивностей, конденсаторов и резисторов).

Рис. 3.	Структура SIP микросхем семейства OSD335x от Octavo Systems.

Что дает разработчикам новое семейство? Ответы очевидны:

• Минимизация габаритов;
   
• Упрощение разводки печатной платы, так как наиболее сложные интерфейсы скрыты внутри. Особенно это важно для тех, кто боялся использовать Sitara™ AM335x из-за сложности разводки DDR3 памяти. Теперь эти сложности позади;
   
• Готовая система питания. Разработчикам всего лишь необходимо подать питание 5 В (5 В USB, литиевый аккумулятор или сетевой адаптер 5 В);
   
• Сокращение времени разработки.

В настоящее время семейство OSD335x включает одну законченную микросхему, а еще три готовятся к выходу:

OSD3358-512M-BAS – SIP с процессором AM3358, объемом памяти 512 Мбайт и рабочим диапазоном температур 0…85 °C. Ориентировочная стоимость около 30$, что не так и много, если учесть, что микросхема заменяет собой целую печатную плату с компонентами.

OSD3358-512M-IND – SIP с процессором AM3358, объемом памяти 512 Мбайт и рабочим диапазоном температур -40…85 °C. Данная SIP сейчас готовится к производству.

OSD3352-512M-BAS – SIP с процессором AM3352, объемом памяти 512 Мбайт и рабочим диапазоном температур 0…85 °C. Данная SIP сейчас готовится к производству.

OSD3352-512M-IND – SIP с процессором AM3352, объемом памяти 512 Мбайт и рабочим диапазоном температур -40…85 °C. Данная SIP сейчас готовится к производству.

Как видно, микросхемы семейства OSD335x используют две версии процессоров Sitara™ AM335x с ядром ARM Cortex-A8, а именно AM3358 и AM3352. Оба этих процессора могут работать на частотах до 1 ГГц с производительностью до 2000 DMIPS, поддерживают множество интерфейсов (UART, SPI, USB, CAN, I²C, Ethernet 1 GB) и ОЗУ вплоть до DDR3.

Отличия между AM3358 и AM3352 заключаются в том, что AM3358 имеет более широкие возможности. В этих процессорах присутствует 3D-ускоритель и имеется аппаратная поддержка промышленных протоколов (1588, EtherNet/ IP, PROFIBUS, PROFINET RT/ IRT, SERCOS III). Однако они имеют меньший температурный рабочий диапазон -40…105 °C, в то время как для AM3352 существуют версии с диапазоном -40…125 °C.

Еще одним достоинством OSD335x является наличие встроенной системной микросхемы питания TPS65217. В состав TPS65217 входит три импульсных DC/DC-преобразователя, четыре LDO, повышающий преобразователь для питания внешних светодиодов и зарядное устройство для Li-ion аккумуляторов.

Дополняет систему питания встроенный линейный регулятор TL5209 с выходным напряжением 3.3 В и током до 500 мА.

Для ознакомления с особенностями и возможностями семейства OSD335x следует воспользоваться отладочными платами. Эти платы выпускаются партнерами компании Octavo Systems.

OSD3358 Development Board – отладочный набор, разработанный компанией GHI Electronics (Рис. 4). Плата набора кроме SIP OSD3358 включает микросхемы приемопередатчиков, TFT-экран, кнопки и разъемы для подключения интерфейсов и карт памяти.

Рис. 4.	OSD3358 Development Board от GHI Electronics.

Еще один набор, а вернее вычислительный модуль на базе OSD3358-512M-BAS разработан компанией BeagleBoard для собственной экосистемы BeagleBone Black (Рис. 5).

Рис. 5.	Вычислительный модуль для BeagleBone Black на базе OSD3358-512M-BAS.

Если анализировать области применения семейства OSD335x, то они очевидно будут совпадать с областями применения самих процессоров Sitara™ AM335x. Так как AM3358 разрабатывался для нужд промышленности, то OSD3358 будет востребован в системах ЧПУ, ПЛК и т. д. В свою очередь OSD3358 идеально подойдет для бытовой автоматизации, для коммерческой и измерительной электроники.

Характеристики OSD3358-512M-BAS:

• процессор: TI AM335x, 1 ГГц, 32 КБ L1 Icache, 32 КБ L1 DCache, 256 КБ L2 Cache;
• память ОЗУ: 512 МБ DDR3;
• микросхема системы питания: TPS65217C вход 5 В, выход 1.8/3.3 В;
• встроенный LDO: TL5209 500 мА 3.3 В;
• число пассивных компонентов: более 140;
• интерфейсы: UART, SPI, USB, CAN, I²C, Ethernet 1 GB;
• периферия: 16-бит АЦП, таймеры, ЖК-порт, 3D-ускоритель;
• напряжение питания: 5 В;
• диапазон рабочих температур: 0…85 °C;
• габариты: 27 × 27 мм BGA 400-выводной шаг 1.27.

Характеристики отладочной платы OSD3358 Development Board:

• базовая микросхема: OSD3358;
• доступная Flash: 4 ГБ;
• доступное ОЗУ: 1 ГБ;
• GPIO: 40;
• ШИМ: 4;
• число аналоговых входов: 7;
• интерфейсы: UART×3, SPI×1, I²C×3, Ethernet, CAN×1, USB Client и USB Host;
• диапазон напряжений питания: 7…30 В;
• диапазон рабочих температур: 0…+70 °C;
• габариты: 245×161×17 мм;
• вес: 87.8 г.

О производителе:

Компания была основана в 2013 году инженерами проектировщиками полупроводниковых компонентов. Цель компании – создание сверхкомпактных вычислительных систем-в-корпусе (System-In-Package, SIP).

Посмотреть подробнее характеристики микросхем OSD335x от Octavo Systems