Optimiertes Echtzeit-Verhalten 16-Bit-MCU mit 32-Bit-Performance

Hohe Echtzeit-Rechenleistung, schnelle Befehlsausführung, minimale Response-Zeiten und intelligente Peripheriefunktionen sind die Anforderungen in Industrie- und Automobil-Applikationen. Die C166-Architektur hat sich hier im 16-Bit-MCU-Segment etabliert. Die XC166-Familie sorgte dann für einen Leistungsschub, erst recht nun die Real-Time-Signal-Controller (RTSC) der XE166-Reihe.

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Alle RTSC der XE166-Familie basieren auf dem C166S-V2-Core. Mit 80 MHz und einem Taktzyklus je Befehlsausführung stehen 80 MIPS zur Verfügung. Das ist das Doppelte der Vorgängerfamilie XC166. Das Echtzeit-Verhalten unterstützen schnelle Interrupt-Antwortzeiten und Context-Switching mit zwei zusätzlichen lokalen Registerbänken. Im Vergleich zur XC166-Familie steht den XE166-MCUs mit bis zu 768 KByte Flashspeicher die dreifache Speicherkapazität zur Verfügung.

Die jetzt eingeführten Serien XE167 und XE164 nutzen einen erweiterten C166S-V2-Core mit 5-stufiger Pipeline und übertreffen die Leistung herkömmlicher 16-Bit-Lösungen deutlich. 80 MHz Systemtakt, eine Befehlsausführungszeit von minimal 12,5 ns, eine Interrupt-Latenzzeit von unter 100 ns, maximal 768 KByte On-Chip-Flash und 82 KByte On-Chip-RAM sowie eine vielseitige Peripherie erlauben den Einsatz der Nachfolgegeneration der C166-Architektur in Anwendungen wie erneuerbare Energien, Antriebstechnik, Industrie-Automatisierung, Stromversorgungen und medizinische Geräte.

Zur Peripherie zählen u.a. bis zu vier PWM-Einheiten (CCU6E) sowie zwei synchronisierbare A/D-Wandler mit bis zu 24 Kanälen,10 Bit Auflösung und einer Wandlungszeit von weniger als 1,2 µs. Eine intelligente Vorverarbeitung der erfassten Daten entlastet den XE166-Core. Eng gekoppelt mit den PWM-Einheiten lassen sich mit den A/D-Wandlern bis zu vier Motoren ansteuern. Jede CCU6E-Einheit besteht aus einem T12-Timerblock mit drei Capture/Compare-Kanälen sowie einem T13-Timerblock mit einem Capture/Compare-Kanal.

Die T12-Kanäle können bis zu sechs PWM-Signale erzeugen bzw. sechs Trigger akzeptieren. Damit lassen sich bis zu drei Leistungshalbbrücken mit automatischer Totzeit-Generation ansteuern. Es können die entsprechenden Signalmuster generiert werden, um Wechselstrommotoren oder Inverter zu treiben. Mit speziellen Betriebsmodi lassen sich auch bürstenlose Gleichstrommotoren ansteuern.

Reichlich Peripherie inklusive

Zur Kommunikation mit der Umgebung steht ein Multi-CAN-Block mit bis zu fünf unabhängigen CAN-Knoten und bis zu 128 Message-Objekten zur Verfügung. Damit können z.B. ein FIFO oder auch ein CAN-Gateway implementiert werden. Die Universal Serial Interfaces (USICs) können wahlweise als UART, SPI, LIN, I²C und I²S genutzt werden. Der Befehlssatz der XE166-Familie ist abwärtskompatibel zu bestehenden C16x-Derivaten, wurde aber durch eine MAC-Einheit ergänzt. Diese ermöglicht u.a. eine 16 × 16-Bit-Multiplikation innerhalb eines Taktzyklus.

Neu ist auch eine flexible Spannungsversorgung von 3 bis 5,5 V mit zwei getrennten Domains zur optimalen Versorgung der A/D-Wandler gegenüber den digitalen Funktionen. Für den Core wird eine geregelte Spannung direkt auf dem Chip erzeugt. Ebenfalls integriert wurden ein JTAG-Interface mit On-Chip-Debug-System (OCDS) sowie ein On-Chip-Bootstraploader. Die beiden Einheiten unterstützen effizientes Debugging.

Integrierter Spannungsregler, EEPROM-Emulation, Oszillator, Watchdog und Brown-out-Erfassung

Integrierte Funktionen wie ein Spannungsregler, EEPROM-Emulation mit zusätzlichen Flash-Modulen, Oszillator, Watchdog und Brown-out-Erfassung reduzieren die Anzahl der externen Komponenten und damit die Systemkosten (BOM). Die XE166-Familie wird durch Evaluierungsboards, Debugger, Compiler etc. unterstützt. Für die Initialisierung, Konfiguration und Code-Erzeugung steht DAvE (Digital Application virtual Engineer) zur Verfügung. Alle Compiler für die XE166-Familie bieten auch einen OCDS-Debugger, während manche Compiler zudem über einen Echtzeit-Kernel und Simulator verfügen.

Altium bietet in Kooperation mit Infineon einen kostenlosen Tasking-XE166-C-Compiler mit einer Lizenz für ein Jahr an. Die speziell für die XE166-Familie entwickelte integrierte Entwicklungsumgebung vereinfacht den Zugang zum CrossView Pro Source-Level-Debugger, der die Verbindung zu jedem XE166 EasyKit-Evaluation-Board vereinfacht. Vorinstallierte und funktionsfähige Design-Beispiele, die schrittweise Anleitung und zusätzliche, erweiterte Tools wie ein automatisch erzeugter Start-up-Code erleichtern den Design-Einstieg.

Antriebssteuerung mit schneller Signalverarbeitung

Das XE166-Portfolio umfasst derzeit mit den XE164/167-Serien 28 Produkte. Diese unterscheiden sich hinsichtlich des Flash, RAM und Betriebsfrequenz (66 bzw. 80 MHz), der skalierbaren Peripheriefunktionen und der Gehäusevarianten. Infineon wird das Angebot im unteren (XE162, 64 Pins) und oberen Performance-Bereich (XE169, 176 Pins) weiter ausbauen und damit eine neue 16-Bit-Generation zur Verfügung stellen.

In vielen Applikationen, in denen elektrische Motoren angesteuert werden, müssen zahlreiche externe Signale schnell verarbeitet werden. Für derartige Anwendungen ist die XE166-Familie mit ihren geringen Latenzzeiten für die Interrupt-Antwort und dem schnellen Context-Switching optimiert. CPU-Core, Peripheral Event Controller (PEC) und die Peripheriefunktionen sind entsprechend für effizientes Interrupt-Handling ausgelegt.

Insbesondere in Applikationen mit mehreren Motoren kommt dies zum Tragen. Die CCU6E-Einheit mit zwei Timer-Einheiten für die Signalerzeugung ermöglicht effiziente Designs, unabhängig von der Art des zu treibenden Motors bzw. des Steuerungsalgorithmus.

Das Spektrum der adressierten Anwendungen reicht von einfachen Steuerungsaufgaben in Pumpen, Lüftern, Kompressoren oder Klimatechnik bis hin zu komplexeren Lösungen für Servoantriebe, CNC-Maschinen, Prozessteuerungen, Robotik, Stromversorgungen und Invertern. Ein weiteres wichtiges Anwendungsfeld ist die Ansteuerung von Invertern bzw. Spannungsumsetzern. D

amit können Energie sparende Lösungen in den Bereichen Transport (Lokomotiven, Trambahnen, Busse, Landmachinen etc.) aber auch bei erneuerbaren Energien (Fotovoltaik, Brennstoffzellen, Windenergie etc.) realisiert werden. Mit dem schnellen Interrupt-Timing und der flexiblen PWM-Generierung lassen sich kleinere Maschinen und Hochspannungsmotoren ansteuern, die herkömmliche hydraulische Systeme ersetzen können.

*Manfred Choutka ist Product Marketing Manager für 16-Bit-Mikrocontroller bei Infineon Technologies, Neubiberg/München.

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