מיקרו-בקר

מארזים חדשים של TI למערכות משובצות זעירות

פורסם בתאריך ע"י Techtime

בתמונה לעלה: השוואה בין גודל אזנייה לגודלו של המיקרו-בקר MSPM0C1104

מאת: אלכסנדרה גודז'ינסקי, מהנדסת שיווק מוצר בחברת Texas Instruments

אחד ממאפייני ההתפתחות המתמשכת של טלפונים ניידים, הוא שבכל דור חדש הם נעשים קטנים וחסכוניים יותר באנרגיה, לצד גידול מתמיד במעטפת הביצועים שלהם, מאפיינת מגמה מרכזית המורגשת בכל עולמות המערכות המשובצות: המהנדסים מחפשים דרכים חדשות להגדיל את הביצועים ולהוסיף למערכות תכונות חדשות – במקביל להקטנת המוצרים, הגדלת אורך חיי הסוללה שלהם והוזלת הפתרון שהם מספקים ללקוחות.

במענה לדרישת השוק הזו, חברת Texas Instruments מפתחת סדרות חדשות של מעבדים משובצים ומיקרו-בקרים המופיעים במארזים קטנים מאוד כדי לחסוך בשטח המעגל המודפס (PCB), אשר כוללים מעגלים אנלוגיים חדשים המייתרים את הצורך במעגלים חיצוניים המצויים על-גבי ה-PCB לצד המעבדים. המאמר מסביר כיצד מארזים ושילוב של מרכיבים אנלוגיים מאפשרים להקטין את שטח המעבדים המשובצים מבלי לפגוע בביצועים.

מארזים

היצרנים מקטינים את המארזים באמצעות הסרת חלקי פלסטיק מהמעטפת ושינוי במבנה המוליכים (leads) המקשרים בין המעבד לבין ה-PCB. מארזי Quad Flat No-lead (QFN) כוללים מגעים שטוחים מסביב לשולי מעטפת הפלסטיק המגינה על הסיליקון. בנוסף, הם כוללים משטח תרמי מתכתי בתחתית הרכיב, המסייע לשפר את פיזור החום. המיקרו-בקר MSPM0C1104 במארז הזה, כולל 20 מגעים (pins) ותופס שטח של 9 ממ"ר בלבד.

מארזי Wafer Chip Scale Package (WCSP) מספקים את גורם הצורה הקטן ביותר בתעשייה. מערך של כדורי בדיל (solder balls) מקשרים את ה-PCB ישירות אל הסיליקון, וכתוצאה מכך מתקבל מארז זעיר שהוא כמעט בגודלה של פרוסת הסיליקון עצמה. המעבד MSPM0C1104 מופיע גם במארז WCSP אשר מגיע לרמת צפיפות של 8 כדורי בדיל בשטח של 1.38 ממ"ר בלבד, ולכן הוא נחשב למיקרו-בקר (MCU) הקטן ביותר בעולם.

אינטגרציה

דרך נוספת להקטנת שטח המעבד היא הכללת פונקציות רבות יותר בתוך הרכיב עצמו, בעיקר אנלוגיות, ועל-ידי כך לחסוך את הצורך לממש את הפונקציות הנוספות באמצעות רכיבים נפרדים הדורשים מארזים, מגעים ומוליכים התופסים שטח PCB ניכר. מכשיר למדידת רמת חמצן בדם (Pulse Oximeter) למשל, דורש שימוש בממיר ADC, משווה ומתח ייחוס. הכללתם בתוך המעבד מצמצמת מאוד את שטח המעגל הנדרש ליישום המכשיר.

ההחלטה איזה תכונות (מעגלים אנלוגיים או דיגיטליים נוספים) יש להוסיף למעבד אינה פשוטה, מכיוון שהוספת תכונות מיותרות חוטאת למטרה: היא מגדילה את שטח הפתרון-בשבב, את מחירו ללקוח ופוגעת ביעילות המוצר הסופי. התאמת התכונות דרשת הכרה טובה של שוק היעד וצרכיו. המעבד MSPM0C1104 למשל, המופיע במארז WCSP בעל 8 מגעי כדור ושטח של 1.38 ממ"ר, כולל גם זכרון פלאש בנפח של 16KB, ממיר ADC ברזולוציה של 12 סיביות בשלושה ערוצים ושלושה שעוני זמן.

שיקולי ייצור

במקביל להקטנת שטח הרכיבים, יש להתאים גם את שיטות התכנון והייצור, מפני שלהקטנת הרכיבים יש השפעה על גורמים כמו תפרוסת המעגל המודפס וציוד האחיזה בקו הייצור. כאשר נעשה שימוש  ברכיבים קטנים (chip-scale packages), משתמשים במעגלי PCB מוגדרי מסיכת הלחמה (Solder Mask Defined – SMD) או כאלה שאינם מוגדרי מסכת הלחמה (Non-solder Mask Defined – NSMD). מעגלי SMD כוללים משטחי נחושת גדולים יותר, ומעגלי NSMD כוללים משטחים קטנים יותר.

לאחרונים יתרונות רבים, מכיוון שהם מקטינים את שטח ה-PCB, קלים יותר לפריסת מוליכים (routing) ומקטינים את המאמצים הפיסיים על המארז. ראוי לזכור שאחזקת, הנחת והטיפול ברכיבים כל-כך קטנים בקווי הייצור הם קשים יותר מאשר ברכיבים גדולים. היצרנים משתמשים במערכות ואקום כדי למנוע פגיעה בפרוסות הסיליקון החשופות שיותקנו במארזי WCSP ו-BGA, ובקווי ההרכבות יש צורך בבקרה ויזואלית במכונות ההשמה כדי לזהות את שולי הרכיב ואת נקודות המגע (Individual Bumps).

Additional resources
• TI’s Arm Cortex-M0+ MSPM0 MCU portfolio
• TI's Smallest M0+ MCU Package Enables Room to do More in Your Design

TI חשפה את המיקרו-בקר הקטן בעולם

פורסם בתאריך ע"י Techtime

בתמונה למעלה: הבקר הזעיר בעולם. מקור: TI

חברת השבבים האמריקאית טקסס אינסטרומנטס (TI) חשפה בתערוכת Embedded World, המתקיימת בימים אלה בגרמניה, את המיקרו-בקר החדש מדגם MSPM0C1104, שלהערכתה הוא המיקרו-בקר (MCU) הקטן בעולם. גודלו כ-1.38 מילימטר מרובע, "כגודלו של גרגר פלפל שחור" וכ-38% קטן יותר מה-MCU הקטן ביותר בשוק כיום. ב-TI הסבירו כי הבקר הממוזער יאפשר למהנדסים לחסוך בשטח הכרטיס כאשר הם מפתחים רכיבים ומערכות לעולם המכשור הרפואי והאביזרים האלקטרוניים.

הבקר, שעלותו היא כ-16 סנט בלבד, מבוסס על ארכיטקטורת ARM ועובד במהירות שעון של 24MHz. הוא כולל זיכרון פלאש בנפח של של 16 קילו-בייט, ממיר ADC (אנלוג לדיגיטל) מסוג SAR ברזולוציה של 12 סיביות בשלושה ערוצים, שישה פיני קלט/פלט כלליים (GPIO) ותאימות עם ממשקי התקשורת הסטנדרטיים (UART, SPI ו-I2C). הרכיב מיוצר בטכנולוגיית המארזים WCSP, שלדברי TI איפשרה את המזעור, לצד אופטימיזציה בתמהיל הרכיבים שמרכיבים את הבקר.

חברת טקסס אינסטרומנטס הסבירה ש"במערכות זעירות כמו אוזניות ואנדוסקופים רפואיים, שטח הכרטיס הוא משאב מצומצם ויקר-ערך. הבקר הזעיר יספק אינספור אפשרויות בפיתוח יישומים מקושרים וחכמים לחיי היומיום".

 

ארדואינו מתרחבת אל השוק התעשייתי והארגוני

פורסם בתאריך ע"י Techtime

חברת ארדואינו האיטלקית (Arduino) אשר ביססה מעמדה כאחת המחברות החשובות בעולם בתחום כרטיסי פיתוח מיקרו-בקרים לשוק החובברים (DIY) והחינוך, הגדירה אסטרטגיית צמיחה המבוססת על כניסה אל תחום המערכות המשובצות המקצועיות ליישומי IoT. במסגרת הזאת היא הודיעה השבוע על השלנמת גיוס הון בהיקף של 32 מיליון דולר שהובל על ידי קרן ההשקעות של תאגיד בוש הגרמני, ובוצע בין השאר בהשתתפות חברת ARM וחברת רנסאס היפנית (Renesas), אשר הצטרפה לסבב הגיוס באמצעות השקעה שהיקף של כ-10 מיליון דולר.

פלטפורמת ארדואינו היא כרטיס פיתוח שהתבסס בגרסאות הראשונות שלו על מיקרו-בקר מתוצרת Microchip (במקור Atmel). הכרטיס מספק למשתמשים כניסות ויציאות מסוגים שונים, סביבת פיתוח תוכנה קלה ללימוד, וספריית ענק הכוללת אלפי יישומים וחבילות תוכנה. החברה מפרסמת את תכנון הכרטיסים במתוכנת של חומרת קוד פתוח, וכיום יש עשרות יצרנים המייצרים כרטיסים תואמי ארדואינו, ואקו-סיסטם ענק של יצרנים המספקים מודולים, חיישנים ותוספים המתחברים אל כרטיסי ארדואינו.

מייסד משותף ויו"ר החברה, מאסימו באנצי, אמר שדורות של מהנדסים קיבלו הכשרה בבתי ספר מקצועיים ובאקדמיה באמצעות התנסות על-גבי כרטיסי ארדואינו, וכעת הם מגיעים אל התעשייה עצמה. "הם התרגלו לקלות השימוש ולזמינות של הפלפטרומות הפתוחות והם מביאים את הדרישה הזאת אל מקומות העבודה". הכניסה של ארדואינו אל השוק המקצועי תתבצע באמצעות מספר מהלכים: שירותי ענן ליישומי IoT העומדים בדרישות ארגוניות ותעשייתיות, הוספת יכולות בינה מלאכותית לפלטפורמה כדי לתמוך בתכנון אבזרי קצה חכמים והרחבת תוכנית השותפים המאפשרת לעבוד עם ספקי מודולים ופתרונות ארדואינו.

כאן גם נכנסת לתמונה חברת רנסאס היפנית, אשר הסבירה את השקעתה כאחד מהמהלכים באסטרטגיה חדשה שנועדה להגדיל את משקלה בשוק הצרכני. רנסאס: "ההשקעה תעניק לארדואינו גישה אל פורטפוטליו המעבדים והמיקרו-בקרים, הרכיבים האנלוגיים, ופתרונות ניהול ההספק והקישוריות שלנו. לרנסאס היא מעניקה גישה אל הקהילה הענקית של 30 מיליון מפתחי ארדואינו".

 

GigaDevice הכריזה על מיקרו-מעבד Cortex-M23 הסיני הראשון

פורסם בתאריך ע"י Techtime

חברת GigaDevice Semiconductor הסינית הכריזה על מיקרו-בקרים (MCU) מבוססי ARM אשר מיועדים להחליף מיקרו-בקרים ישנים בעלי 8 סיביות ו-16 סיביות. משפחת המיקרו-בקרים החדשה, GD32E230, מבוססת על מעבדי Arm Cortex-M23 בעלי 32 סיביות, ומיוצרת בטכנולוגיית הספק נמוך בתהליך של 55 ננומטר. מדובר במיקרו-בקר הסיני הראשון המבוסס על ארכיטקטורת Cortex-M23. המשפחה החדשה מופיעה ב-18 גרסאות שונות במארזי LQFP48, LQFP32, QFN32, QFN28, TSSOP20 ובמארז QFN20 בגדלים של 7X7 מ"מ ו-3X3 מ"מ.

המיקרו-בקרים פועלים בתדר עבודה של עד 72MHz ומופיעים ביחד עם זכרון פלאש משובת בנפחים של 16KB-64KB וזכרונות SRAM בנפחים של 4KB-8KB, ומגיעים לעוצמת עיבוד של עד 55DMIPS, שהיא גבוהה בכ-40% מעוצמת העיבוד של מיקרו-בקרים מקבילים הפועלים באמצעות מעבדי Cortex-M0. הרכיב כולל שני ממשקי תקשורת מסוג USART, שני ממשקי SPIs, שני ממשקי I2C וממשק I2S. הבקר כולל שעון 16 סיביות התומך באפנון PWM בעל שלוש פאזות ובממשק הרכשה מסוג Hall.

ליישומי signal conditioning, המיקרו-בקר כולל גם משווה אנלוגי בכניסה וביציאה וממיר ADC העובד בקצב של 2.6MSPS וברזולוציה של 12 סיביות. הרכיב פועל במתחי 1.8V-3.6V כאשר הכניסות והיציאות יכולות לקבל אותות במתח של 5V. זרם העבודה המקסימלי הוא 118μA/MHz והזרם במצב המתנה הוא 0.7μA. המיקרו-בקר מופיע ביחד עם כלי פיתוח ומיועד בעיקר ליישומי בקרה תעשייתית. חברת GigaDevice הוקמה בשנת 2005 ונסחרת בבורסה של שנחאי. היא מתמחה בייצור ואספקת זכרונות פלאש ומיקרו-בקרים 32 סיביות לכל סוגי היישומים.

למידע נוסף: 

YST electronics, רחוב שנקר 14 פתח-תקווה

טלפון: 03-9215005 או במייל: [email protected]