Los MCU con reconocimiento de energía de Renesas cuentan con un sólido soporte analógico

Los diseños de computación integrada suelen tener dos requisitos principales: un bajo consumo de energía para prolongar la vida útil de las baterías pequeñas y una interfaz precisa y confiable para los sensores que brindan información sobre el medio ambiente. Para respaldar ambas tendencias, Renesas anunció recientemente una nueva familia de microcontroladores (MCU) que combinan un consumo de energía ultrabajo con una conversión de analógico a digital (ADC) de alta precisión.

Los nuevos microcontroladores RA2A2. Imagen cortesía de Renesas

Echemos un vistazo a las nuevas MCU y la teoría detrás de los ADC de alta precisión.

Renesas presenta las MCU RA2A2

Los microcontroladores Renesas RA2A2 ofrecen una gama de funciones avanzadas adaptadas a aplicaciones que requieren capacidades analógicas de alta resolución y actualizaciones inalámbricas eficientes.

En esencia, estas MCU (hoja de datos vinculada) utilizan el procesador Arm Cortex-M23 de 32 bits de bajo consumo, logrando un equilibrio entre potencia informática y consumo de energía con una frecuencia operativa máxima de 48 MHz. Este procesador se basa en la arquitectura Armv8-M y tiene características integradas para mayor seguridad y confiabilidad, tales como: B. un multiplicador de enteros de un ciclo, un divisor de enteros de 19 ciclos y un protector de memoria ARM de ocho regiones.

Diseñada con una rica arquitectura de memoria, la serie RA2A2 ofrece hasta 512 KB de memoria flash de código bancario dual, lo que facilita las actualizaciones de aplicaciones sin interrumpir el funcionamiento del dispositivo. Además, la memoria flash de datos de 8 KB admite almacenamiento de datos de alta resistencia, complementada con SRAM de 48 KB para un procesamiento de datos eficiente durante la operación en tiempo de ejecución. Renesas afirma que las capacidades de intercambio bancario y flash de código bancario dual de los nuevos dispositivos permiten a los diseñadores implementar actualizaciones de firmware inalámbricas (FOTA) para casos de uso de IoT que podrían beneficiarse de actualizaciones remotas, incluida la automatización de edificios, dispositivos médicos y mucho más. electrónica.

Diagrama de bloques del MCU RA2A2. Imagen cortesía de Renesas

Las opciones de conectividad en las MCU RA2A2 son amplias. Tienen cinco canales de interfaz de comunicación serial, una interfaz periférica serial y dos interfaces de bus I2C. Estas interfaces garantizan opciones de comunicación versátiles con otros circuitos integrados, sensores y dispositivos periféricos.

Una característica distintiva de la serie RA2A2 son sus funciones analógicas, destacadas por un convertidor A/D sigma-delta de 24 bits y un convertidor A/D de 12 bits. Estos convertidores proporcionan medición de señal de alta precisión y permiten varias frecuencias de muestreo de 7,813 kHz/8,333 kHz o 3,906 kHz/4,166 kHz para una conversión analógica a digital precisa. Además, las MCU están diseñadas para lograr eficiencia energética y ofrecen un funcionamiento de energía ultrabaja de solo 100 µA/MHz en modo activo y 0,40 µA en modo de espera de software.

Frecuencia de muestreo y precisión del ADC

El diseño de sistemas de procesamiento de señales digitales requiere comprender la relación entre la frecuencia de muestreo y la precisión del convertidor analógico a digital (ADC).

La frecuencia de muestreo, definida como la frecuencia a la que se muestrea una señal analógica para convertirla a formato digital, desempeña un papel crucial a la hora de capturar la esencia de la señal sin perder información esencial. Por otro lado, la precisión del ADC, que a menudo se ve afectada por el ruido, determina la precisión con la que se representa la señal analógica en su forma digital.

Un principio fundamental que gobierna la interacción entre la frecuencia de muestreo y la precisión del ADC es el teorema de Nyquist, que establece que la frecuencia de muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia máxima de la señal analógica para poder reconstruir con precisión la señal sin alias. Sin embargo, aumentar la frecuencia de muestreo más allá de este requisito mínimo no da como resultado una mejora lineal en la precisión de la representación digital. De hecho, a velocidades de muestreo más altas, varios factores pueden introducir ruido, lo que podría afectar la precisión del ADC.

La teoría detrás de los ADC sigma-delta. Imagen cortesía de dispositivos analógicos

Frecuencias de muestreo más altas pueden ayudar a reducir los efectos del ruido de cuantificación, un tipo de error en el proceso de cuantificación de convertir señales analógicas continuas en números digitales discretos. Este ruido es inherente al proceso del ADC y es inversamente proporcional a la resolución del ADC.

Este fenómeno se puede entender mejor mediante el concepto de sobremuestreo, donde la señal analógica se muestrea a una velocidad muy superior al mínimo requerido por el criterio de Nyquist. El sobremuestreo aumenta el espectro de frecuencias disponible para la distribución del ruido de cuantificación, reduciendo así su densidad dentro de un ancho de banda determinado. Esta reducción en la densidad de ruido da como resultado una relación señal-ruido (SNR) mejorada dentro del ancho de banda de la señal, lo que resulta en una representación más precisa de la señal original después de aplicar el filtrado digital para eliminar el ruido fuera de banda.

El sobremuestreo junto con técnicas de modelado de ruido, como la modulación sigma-delta, puede desplazar el ruido de cuantificación de las frecuencias más bajas (donde es más perceptible) a frecuencias más altas. Esto permite una reducción de ruido aún más efectiva dentro del ancho de banda de la señal después del filtrado digital, mejorando aún más la resolución efectiva y la precisión del ADC.

Funciones para diseños integrados modernos

Debido a que las aplicaciones integradas modernas necesitan comunicarse de manera confiable con los sensores y consumir una energía mínima, las MCU RA2A2 de Renesa satisfacen una necesidad importante en el mercado. Con su bajo consumo de energía, ADC de alta frecuencia de muestreo y una variedad de periféricos de comunicaciones, la nueva familia podría ser particularmente útil en electrónica de consumo y dispositivos de IoT.