设计人员总想用单一处理器包办所有功能,这种情况非常普遍,而在微控制器领域尤为明显。如今的微控制器集成了种类繁多的接口和功能,这些功能往往是为了配合大客户需求或支持特定应用而开发的。这使得许多常用微控制器的引脚数量高得没有必要,而为了容纳这些引脚,这类器件的物理尺寸通常也相当大。
如果你的微控制器用于混合信号系统,并且正在使用其模拟引脚,可以考虑将所有模拟处理任务卸载到混合信号处理器上。这类器件可以通过降低对微控制器尺寸的要求,帮助减少总体 BOM 成本。
首先应考虑那些支持相对简单的模拟或逻辑功能、且不需要 MCU 直接处理的引脚。GreenPAK 可以位于外部电路与 MCU 之间,完成所需的信号调理或决策处理,然后仅向处理器提供较少数量的数字结果。这样可以省去专用模拟输入,并减少用于辅助控制功能的 GPIO 占用。
典型候选包括:
比较器功能尤其适合作为优化目标。如果 MCU 只是采样一个模拟电压来判断其是否高于或低于某个阈值,那么这一判断完全可以在外部完成。随后,GreenPAK 可以提供一个数字状态或中断,从而使 MCU 的选型真正基于应用实际所需的接口和处理资源。
GPIO 整合同样可以达到类似效果。多个状态或控制信号可以先通过可配置逻辑、定时器、计数器和状态单元进行组合,再送入 MCU。与其为每个事件都分配独立的处理器引脚,不如让 GreenPAK 对这些事件进行筛选,只上报那些真正需要固件关注的条件。
引脚缩减的程度取决于具体应用,但其架构目标很明确:当重复性的模拟监测和确定性控制功能可以由小型混合信号器件实现时,就不应因此被迫选用更大封装的 MCU。
减少引脚只是其中一部分收益。许多混合信号系统还会让 MCU 承担大量并不需要由固件完成的重复处理任务。阈值判定、开关消抖、脉冲计数、延时生成、边沿检测以及简单状态转换,都可以通过可配置硬件模块来实现,并独立于处理器运行。
阈值检测器就是一个很好的例子。模拟比较器可以检测传感器何时越过设定电平,而定时器可以要求该条件持续有效达到指定时间。随后,逻辑电路再为 MCU 生成单个中断。这样就用硬件功能取代了连续 ADC 采样、软件比较以及定时代码,并且只产生固件真正需要的事件。
类似的硬件还可以处理按键消抖、脉宽判定、频率或事件计数、延时使能、复位时序以及电源时序控制。LUT 和状态单元还能够将多个数字条件组合成互锁逻辑或简单控制状态。这些功能具有确定性,通常并不适合实现为固件轮询循环。
将这些功能移出 MCU,会从系统层面改变器件选型。处理器不再需要足够多的 ADC 通道、定时器资源或 GPIO,去直接适配每一个底层接口。这样,较小的 MCU 就可以负责通信、高层控制和应用代码,而 GreenPAK 则在更贴近相关电路的位置处理本地混合信号功能。
GreenPAK 可以吸收许多原本会占用 MCU 引脚和外设资源的底层功能。比较器判决、复位生成、开关消抖、脉冲检测、定时、时序控制以及简单逻辑,都可以在信号到达处理器之前先行处理。这样,MCU 接收到的就不是系统中的每一路原始信号,而是数量更少、经过筛选的数字输入。
这会直接影响 MCU 的选型。原本需要多个 ADC 输入、定时器通道、中断引脚和 GPIO 的设计,在这些功能被整合之后,可能就可以改用更小的处理器。GreenPAK 还能够在无需固件持续轮询的情况下,对事件进行筛选、组合条件并生成定时输出。
Go Configure 工具支持对这些模拟、定时和逻辑功能进行配置。工程师可以将比较器、LUT、计数器、定时器、触发器以及 GPIO 资源连接成所需的信号流,定义阈值和时序行为,仿真生成的逻辑,并将配置编程到所选的 GreenPAK 器件中。
想了解更多,请查看 GreenPAK 器件及参考示例。
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