RX-Mikrocontroller mit integrierten Analog-Frontends für Sensor- und Messanwendungen

Sie kombiniert auf einem Chip ein hochpräzises Analog-Frontend (AFE) mit einer MCU. Die RX23E-A MCUs sind für Anwendungen in der Fertigung sowie für Test- und Messeinrichtungen konzipiert, die hochpräzise Messungen von Analogsignalen für Temperatur, Druck, Gewicht und Durchfluss erfordern. Die neuen MCUs sind die ersten Renesas-Lösungen, mit denen sich solche Signale ohne eine Kalibrierung mit einer Genauigkeit von besser als 0,1 Prozent messen lassen. Die neuen MCUs erreichen eine AFE-Genauigkeit der branchenweit höchsten Güteklasse (Offset-Drift: 10 nV/°C, Gain-Drift: 1 ppm/°C und RMS-Rauschen von 30 nV rms). Ein vergleichbares Niveau konnte bisher nur durch eine Kombination dedizierter A/D-Wandler mit hochpräzisen Operationsverstärkern erreicht werden. Mit der Integration dieses Hochpräzisions-AFE-IPs (Intellectual Property) auf einem einzigen, in der gleichen Fertigungsprozesstechnologie realisierten Chip konnte Renesas eine hochpräzise Sensormessung und Berechnung sowie Steuerung und Kommunikation auf einem Chip implementieren. Dies unterstützt Systemhersteller dabei, die Anzahl erforderlicher Komponenten zu reduzieren, Platz zu sparen und das Systemdesign für die unterschiedlichsten Anwendungen zu vereinfachen, die hochpräzise Messungen erfordern, wie z. B. Sensoren, Temperaturcontroller, Protokollierung, Wiegen und Kraftmessung. Die MCUs beschleunigen zudem die Rechenleistung am Endpunkt, indem sie eine dezentrale Datenverarbeitung ermöglichen. „Die RX23E-A MCUs entwickeln die Struktur hochpräziser analoger Messsysteme grundlegend weiter“, erklärt Akira Denda, Vice President, Industrial Automation Business Division, Renesas Electronics Corporation. „Beginnend mit der RX23E-A Group wird Renesas eine umfassende Produktlinie bereitstellen. Diese integriert MCUs mit hochpräzisen Analogschaltungen auf einem Chip für programmierbare Logik-Controller, dezentrale Steuersystemanwendungen sowie Test- und Messgeräte, die eine Vielzahl von präziseren Messungen erfordern.“ Angesichts von Big Data und der dadurch möglichen Qualitäts- und Produktivitätssteigerungen sind Fabriken und Fertigungsbetriebe gefordert, eine breite Palette an Sensordaten genau und zuverlässig zu messen. Da Anwender bei der Messung kleiner Signale mit hoher Genauigkeit über einen breiten Umgebungstemperaturbereich hohe Stabilität benötigen, muss das Rausch- und Temperaturdriftverhalten auf niedrige Werte gesenkt werden. Um diese Anforderungen zu erfüllen, hat Renesas ein hochpräzises AFE entwickelt und in eine RX-MCU integriert, die sich bei Industrieanwendungen bereits umfassend bewährt hat. Die RX23E-A MCUs basieren auf dem RXv2-Prozessorkern, der sich durch eine Taktgeschwindigkeit von 32 MHz, einem digitalen Signalprozessor (DSP) und einer überlegenen FPU (Floating Point Unit) auszeichnet. Damit lässt sich eine adaptive Steuerung auf der Basis von Temperaturdaten und inversen Matrixberechnungen unter Verwendung von Verzerrungsdaten (sechs Achsen) implementieren. So benötigen beispielsweise die Kraftsensoren in Roboterarmen eine Messung und Berechnung der Sechs-Achs-Verzerrung auf kleinem Raum. Die RX23E-A MCUs können auf einem Chip die Sechs-Achsen-Verzerrungsdaten messen und inverse Matrixberechnungen ausführen. Die wichtigsten Produktmerkmale der RX23E-A MCUs Analog-Frontend-Block

• 24-Bit Delta-Sigma-A/D-Wandler: Bis zu 23-Bit effektive Auflösung. Flexible Daten-Ausgaberaten von 7,6 PS bis 15,6 kPS
• Zwei 24-Bit Delta-Sigma-A/D-Wandler, die synchron starten können, so dass die Sensortemperaturkorrektur ohne Kanalwechsel durchgeführt werden kann.
• PGA (Programmable Gain Amplifier): Ein PGA mit Rail-to-Rail-Eingang ermöglicht eine Verstärkung bis zum Faktor 128×. Offset-Drift: 10 nV/°C, Gain-Drift: 1 ppm/°C, RSM-Rauschen: 30 nV rms
• Spannungsreferenz: Niedrigtemperatur-Driftverhalten von 4 ppm/°C mit hervorragender Temperaturstabilisierung
• Erregerstromquelle: Programmierbare Stromquelle mit den erforderlichen Anpassungsfunktionen für einen Temperaturwiderstandsdetektor mit 3 Leitern
• Analogeingänge: Differenzialeingänge mit bis zu 6 Kanälen, pseudodifferenzielle Eingänge mit bis zu 11 Kanälen, asymmetrische Eingänge mit bis zu 11 Kanälen. Alle Eingänge lassen sich als Eingänge für die zwei A/D-Wandler nutzen.

MCU-Block

• CPU: 32-Bit RXv2-Prozessorkern mit einer Taktfrequenz von 32 MHz
• Digitale Signalverarbeitung lässt sich mit DPS-Befehlen und FPU beschleunigen
• ROM/RAM: ROM: 128 bis 256 KB, RAM: 16 bis 32 KB
• Kommunikationsschnittstellen: SPI (1 Kanal), UART (4 Kanäle), I2C (1 Kanal), CAN (1 Kanal)
• Funktionale Sicherheit: Software-Lastreduzierung durch Selbstdiagnose- und Unterbrechungserkennungs-Unterstützungsfunktionen für den A/D-Wandler, Taktgenauigkeitsmesseinheit, unabhängiger Watchdog-Timer, RAM-Testunterstützungsfunktionen über den DOC und andere Schaltkreise.

• Versorgungsspannung: 5 V. Es lassen sich unabhängige Stromversorgungen für den AFE-Block und den Mikrocontroller nutzen. Der Baustein unterstützt Spannungen von 1,8 bis 5,5 V.
• Betriebstemperatur: -40°C bis +85°C, -40°C bis +105°C
• Gehäuse: 48-Pin QFP mit 7 mm2; 40-Pin QFP mit 6 mm2

Verfügbarkeit Muster der MCU-Gruppe RX23E-A sind ab sofort erhältlich. Die Großserienfertigung ist für Dezember 2019 geplant. (Änderungen bzgl. Verfügbarkeit ohne gesonderte Benachrichtigung vorbehalten.) Weitere Informationen über die neuen Renesas RX23E-A MCUs unter: https://www.renesas.com/products/microcontrollers-microprocessors/rx/rx200/rx23e-a.html