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2024 | Buch

Entwurf von eingebetteten Mixed-Signal-Systemen

Ein praktischer Leitfaden für den Cypress PSoC

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Über dieses Buch

Dieses Lehrbuch führt den Leser in das Mixed-Signal-Embedded-Design ein und bietet an einem Ort einen Großteil der grundlegenden Informationen, um ein ernsthaftes Mixed-Signal-Design mit PSoC von Cypress durchzuführen. Das Design mit der PSoC-Technologie kann ein anspruchsvolles Unterfangen sein, besonders für den Anfänger. Dieses Buch vereint eine Fülle von Informationen, die aus einer Vielzahl von Quellen zusammengetragen wurden, mit den Grundlagen des Mixed-Signal-Embedded-Designs und macht so den Aufstieg auf der PSoC-Lernkurve deutlich weniger schwierig. Das Buch behandelt Sensoren, digitale Logik, analoge Komponenten, PSoC-Peripheriegeräte und Bausteine sehr detailliert, und jedes Kapitel enthält anschauliche Beispiele, Übungen und eine umfangreiche Bibliographie.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Kapitel 1. Einführung in eingebettete Systeme
Zusammenfassung
Dieses Kapitel bietet einen kurzen Überblick über die Geschichte der eingebetteten Systeme, Mikroprozessoren und Mikrocontroller. Ebenfalls vorgestellt werden grundlegende Konzepte programmierbarer logischer Schaltungen, Überblicke über den 8051-Mikrocontroller, kurze Beschreibungen einiger der beliebteren und derzeit verfügbaren Mikrocontroller, die weit verbreitet sind, und Einführungen in eine Reihe von Themen, die mit Mikrocontrollern und eingebetteten Systemen zusammenhängen, z. B. Arten von Rückkopplungssystemen, die in eingebetteten Systemen verwendet werden, Mikrocontroller-Subsysteme, Speichertypen von Mikroprozessoren/Mikrocontrollern, Leistungskriterien für eingebettete Systeme, Interrupts, einführende Stichprobenthemen usw.
Die Architekturen der frühen Mikroprozessoren werden kurz diskutiert, ebenso wie die Rolle von Polling, Interrupts und Interrupt-Service-Routinen (ISR), die in späteren Kapiteln ausführlicher besprochen werden. DMA-Controller und Tri-State werden ebenfalls eingeführt.
Es kann gesagt werden, dass die Entwicklung des eingebetteten „Mixed-Signal-Systems“ mit der Einführung des weltweit ersten vollständig soliden Computers durch Autonetics, dem VERDAN (Goldstein et al., Calif. Digit Comput Newslett 9(2–9):2 − via DTIC, 1957), begann und ebenso, dass die Entwicklung des modernen Mikrocomputers mit der Einführung des Altair im Januar 1975 begann. (Dieser wurde von H. Edward Roberts entwickelt, der den Begriff „Personal Computer“ in den allgemeinen Sprachgebrauch brachte.) Während A/D- und D/A-Wandler schon in den 1930er-Jahren verfügbar waren, wurden Hochgeschwindigkeitswandler erst in den 1950er-Jahren weit verbreitet, als Folge der Einführung eines Hochgeschwindigkeits-/Präzisions-A/D-Designs durch Bernard Marshall Gordon im Jahr 1953 (Hochgeschwindigkeits-D/A-Wandler folgen als natürliche Konsequenz der Verfügbarkeit von Hochgeschwindigkeits-A/D-Wandlern.). Die Entwicklung einer großen Familie von A/D-Wandlern auf Basis der Festkörpertechnologie zu einem niedrigen Preis machte es praktisch möglich, eingebettete Systeme auf Basis von Mikroprozessoren/Mikrocontrollern, A/D- und D/A-Wandlern, Operationsverstärkern usw. zu schaffen, die in der Lage waren, sehr komplexe Systeme sowohl für kommerzielle als auch für militärische Anwendungen zu steuern und zu überwachen.
Edward H. Currie
Kapitel 2. Mikrocontroller-Subsysteme
Zusammenfassung
In diesem Kapitel konzentriert sich die Diskussion auf Subsysteme, die PSoC 3 und PSoC 5LP (PSoC 3 Architecture Technical Reference Manual. Dokument Nr. 001-50235 Rev. *M. Cypress Semiconductor, 8. April 2020; PSoC 5LP Architecture Technical Reference Manual. Dokument Nr. 001-78426 Rev. *G. Cypress Semiconductor, 6. Nov 2019) als illustrative Beispiele für die grundlegenden Aspekte aktueller Mikrocontroller-Architekturen (J.A. Borrie, Modern control systems – a manual of design methods. Prentice Hall, London, 1986) verwenden. Enthalten ist eine detaillierte Diskussion des 8051-Befehlssatzes, des Wrapper-Konzepts, wie es in PSoC 3 zur Integration eines 8051-Kerns in die PSoC-Umgebung verwendet wird, grundlegende Konzepte von Interrupts und Interrupt-Handling, DMA-Transferkonzepte einschließlich der Verwendung verschiedener DMA-Funktionen in Verbindung mit einem Peripherie-Hub zum Übertragen von Daten und zu/von Peripheriegeräten, Taktquellen und Taktverteilung, interne und externe Speichernutzung, Energiemanagement, Schlaf-/Hibernationsberücksichtigung, Implementierung einer RTC, Hardwaretest und -debugging usw. In den folgenden Kapiteln konzentriert sich die Diskussion auf Mikrocontroller, digitale und analoge Peripheriegeräte, die Entwicklungsumgebung und Module wie Delta-Sigma-Wandler, PWM, OpAmps usw. und schließt schließlich mit einer detaillierten Implementierung eines digitalen Voltmeters ab. Verschiedene für Mikrocontroller übliche Subsysteme, wie z. B. die CPU, Interrupt-Controller, DMA-Funktionalität, Busse, Speicher, Taktung, allgemeine I/O (GPIO), Energiemanagement und Hardwaredebuggingunterstützung von PSoC 3 und PSoC 5LP sind auch Themen in diesem Kapitel, um die Schlüsselkonzepte, die in jedem dieser Themen involviert sind, zu veranschaulichen. (Es sollte angemerkt werden, dass die grundlegenden Architekturen von PSoC 3 und PSoC 5LP recht ähnlich sind, aber aufgrund der tiefgreifenden Unterschiede in den Mikroprozessorkernen, die in jedem Fall verwendet werden, sind die Implementierungsdetails einiger Aspekte dieser programmierbaren Systeme auf einem Chip recht unterschiedlich. Solche Unterschiede sind jedoch nicht der primäre Fokus dieses Kapitels und werden, wenn überhaupt, anderswo in diesem Lehrbuch ausführlich behandelt.)
Edward H. Currie
Kapitel 3. Sensoren und Sensorik
Zusammenfassung
Sensoren und Sensortypen, Dehnungsmessstreifen-/Thermoelement-/Thermistorsensorik und Messverfahren werden in diesem Kapitel ausführlich besprochen. Da Sensoren ein integraler Bestandteil nahezu jedes eingebetteten Systems sind, wird viel Diskussion darauf verwendet, einige der beliebteren Sensortypen zu identifizieren und zu charakterisieren (Kannan, Chen, PSoC 3, PSoC 4 und PSoC 5LP – temperature measurement with a diode. AN60590. Dokument Nr. 001-60590 Rev. *K 1 Cypress Semiconductor, 2020). Die in diesem Kapitel besprochenen Sensortypen stellen jedoch nur eine kleine Auswahl der derzeit verfügbaren Typen dar. Bei der Entwicklung für eine spezifische Anwendung und insbesondere für eine bestimmte Umgebung, eine Reihe von Umgebungen und/oder Umgebungsbedingungen, wird dem Leser empfohlen, die Literatur sorgfältig nach den am besten geeigneten Sensortypen für die Anwendung und die damit verbundenen Umgebungsbedingungen/Einschränkungen zu durchsuchen. Es wird in diesem Kapitel davon ausgegangen, dass, sobald die ausgewählten Sensoren für eine gegebene Anwendung ausgewählt sind, PSoC 3 und PSoC LP5 verwendet werden, um auf die Sensordaten über A/D oder andere PSoC-bezogene Mittel zuzugreifen, um die Daten zu verarbeiten, die notwendige Logik anzuwenden und eine angemessene Kontrolle auszuüben, z. B. mit PSoC D/A-Komponenten.
Edward H. Currie
Kapitel 4. Verarbeitung und I/O-Protokolle von eingebetteten Systemen
Zusammenfassung
Eingebettete Systeme sind in der Lage, verschiedene Arten von Funktionalitäten bereitzustellen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Datenerfassung/-verarbeitung/-übertragung. Da viele eingebettete Systeme Datenverarbeitung auf Daten durchführen, die entweder als digitale Daten begannen oder anschließend in das digitale Äquivalent eines analogen Signals oder Signale übersetzt wurden, müssen Mikrocontroller in der Lage sein, eine Reihe von verschiedenen niedrigstufigen Rechenaufgaben wie Addition, Subtraktion, Multiplikation und Division sowie Bitmanipulationen, Schiebeoperationen, Bitprüfungen, Überlauf- und Unterlaufbehandlungen, Array-Manipulationen, zusammen mit verschiedenen Schleifen- und Verschachtelungsfunktionen durchzuführen.
Edward H. Currie
Kapitel 5. System- und Softwareentwicklung
Zusammenfassung
In diesem Kapitel werden empfohlene Designphasen diskutiert, einschließlich Signalfluss. Die integrierte Designumgebung (IDE) von Cypress PSoC, die Komponentenbibliothek, der PSoC-Debugger und der Designregelprüfer werden ebenfalls ausführlich beschrieben. Die Erstellung von benutzerdefinierten Komponenten wird auch hinsichtlich der Ergänzungen zur standardmäßigen Komponentenbibliothek, die vom PSoC Creator bereitgestellt wird, diskutiert. Es werden auch Vorschläge für das Portieren von Anwendungen zwischen den verschiedenen PSoC-Inkarnationen gegeben. Das Intel Hex-Format, das das Protokoll ist, das beim Herunterladen des kompilierten ausführbaren Programms auf das Ziel-PSoC-Gerät verwendet wird, wird ebenfalls beschrieben. Ebenfalls beschrieben werden ablaufinvarianter Code, Assembler-Codierung, big-endian versus small-endian und 8051-Codeoptimierung. Eine kurze Diskussion wird über die Implementierung eines Echtzeitbetriebssystems bereitgestellt, das mit PSoC kompatibel ist und Multithreading und Nebenläufigkeit unterstützt.
Edward H. Currie
Kapitel 6. Hardwarebeschreibungssprachen
Zusammenfassung
VLSI-Digitalschaltungen umfassen oft Hunderte von Logikzellen und vielleicht Tausende von Verbindungen. Die damit verbundene Schwierigkeit, solche PDL-Anwendungen zu entwickeln, die komplexe Funktionen ausführen können, hat zu sogenannten Hardwarebeschreibungssprachen geführt, die es dem Entwickler ermöglichen, digitale Systeme zu modellieren. Diese HDL-Sprachen werden von Entwicklungsumgebungen unterstützt, die in der Regel Schaltplanentwurf, Simulationen/Verifizierungen bieten und ermöglichen, das Design in eine „Konfigurationsdatei“ umzuwandeln und dann auf das Zielgerät herunterzuladen. Die HDL-Form eines Designs ist eine zeitliche und räumliche Beschreibung des Designs und beinhaltet Ausdrücke, die die digitalen Logikschaltungen des Designs formal beschreiben. Die Beschreibungen sind textbasiert, beinhalten explizite Zeitabhängigkeiten und berücksichtigen Verbindungen zwischen Blöcken, die in einer hierarchischen Reihenfolge ausgedrückt werden. Die Umwandlung von der Beschreibung einer Logikschaltung in eine Implementierung, die in Bezug auf Gatter definiert ist, wird als Synthese bezeichnet. Das Ergebnis des Syntheseprozesses ist eine Netzliste. (Eine Netzliste ist eine textbasierte Beschreibung der in der Konstruktion verwendeten Gatter und ihrer Verbindungen.)
Edward H. Currie
Kapitel 7. PSoC Creator
Zusammenfassung
PSoC Creator (Kannan, PSoC 3 and PSoC 5LP Interrupts. AN54460. Document No. 001-54460 Rev. *K. Cypress Semiconductor, 2020) ist eine integrierte Entwicklungsumgebung („integrated design environment“, IDE), die ein gleichzeitiges Bearbeiten von Hard- und Firmware, Kompilieren und Debuggen von PSoC-Systemen ermöglicht. Diese IDE ermöglicht zusammen mit einem voll integrierten System zur Schaltplanerfassung die Entwicklung von Anwendungen, die mehr als 150 vorgeprüfte, produktionsreife Peripheriekomponenten nutzen (PSoC Creator bietet auch Komponenten, die PSoC 3- und PSoC 5LP-UDB-Datenpfadmodule [„universal digital block“, UDB] verwenden, die zur Implementierung gängiger Funktionen, z. B. UART, Zähler, PWM etc., sowie zur Bewältigung von Datenmanagementaufgaben, die sonst CPU-Zyklen verbrauchen würden, genutzt werden [Dust und Reynolds, Designing PSoC Creator components with UDB datapaths. AN82156. Dokument Nr. 001-82156 Rev. *I. Cypress Semiconductor, 2018].) Die von PSoC Creator unterstützten Komponenten sind robuste analoge/digitale Peripheriegeräte und beinhalten benutzerdefinierte Komponenten, um dem Entwickler die Erstellung von kundenspezifischen Komponenten zu ermöglichen (Der Entwickler kann Zustandsdiagramme [Kathuria und Keeser, Implementing state machines with PSoC 3, PSoC 4, and PSoC 5LP. AN62510. Dokument Nr. 001-62510 Rev. *F1. Cypress Semiconductor, 2017] oder Verilog verwenden, um die Hardware und den Stromverbrauch weiter zu optimieren.). Der Benutzer zieht lediglich die entsprechenden Komponenten in den Schaltplanbereich von PSoC Creator. Der Benutzer kann dann die verschiedenen Parameter, die mit solchen Komponenten verbunden sind, festlegen, um die Designanforderungen einer breiten Palette von Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Jede Komponente im umfangreichen Mixed-Signal-Komponentenkatalog von Cypress verfügt über einen vollständigen Satz dynamisch generierter API-Bibliotheken und einen Einrichtungsdialog. Nach der Konfiguration aller Peripheriegeräte kann die Firmware innerhalb von PSoC Creator geschrieben, kompiliert und debuggt oder zu führenden Drittanbieter-IDEs wie IAR Embedded Workbench®, ARM®Microcontroller Development Kit und EclipseTM exportiert werden. Die von der IDE bereitgestellte Suite von PSoC-Komponenten ist energieoptimiert, so dass nur die benötigte Funktionalität bereitgestellt wird und somit die Stromanforderungen des Designs minimiert werden.
Edward H. Currie
Kapitel 8. Programmierbare Logik
Zusammenfassung
In diesem Kapitel wird die Aufmerksamkeit auf die Vorzüge von programmierbaren Logikgeräten, Boundary-Scanning-Techniken zur Prüfung programmierbarer Geräte, boolesche Funktionen und deren Vereinfachung mit Hilfe von Karnaugh-Karten gelenkt. Es wird gezeigt, dass Makrozellen und Logik-Arrays die Grundlage für UDB bilden, und es wird ausführlich darauf eingegangen. Die erforderlichen Schritte zur Vereinfachung von booleschen Ausdrücken werden detailliert dargestellt. Programmierbare Logikgeräte, die auf Kombinationen von Makrozellen und Logik-Arrays basieren, werden in einigen Details besprochen sowie ihre Verwendung in einer Inkarnation in Form von universellen digitalen Blöcken. Ein integraler Bestandteil der Verwendung solcher Geräte ist die Fähigkeit, boolesche Ausdrücke zu bilden und zu vereinfachen, die aus Wahrheitstabellen oder Karnaugh-Karten abgeleitet sind und die erforderliche Logik darstellen.
Eine einfache, aber direkte Technik wird vorgestellt, um Karnaugh-Karten zu bewerten, vorgeschlagen von Mendelson (Schaum’s Outline of Theory and Practice of Boolean Algebra, McGraw-Hill, 1970), Harbort und Brown (https://​www.​slideshare.​net/​hangkhong/​karnaugh, 2001) et al., die boolesche Ausdrücke vereinfacht, um die Hardwareanforderungen in den nachfolgenden Implementierungen zu minimieren. Der universelle digitale Block von PSoC 3/5LP wird in Bezug auf seine interne Architektur und die Beziehung/Interaktion mit dem Datenpfad diskutiert. Die Backus-Naur-Notation wird im Kontext einer Diskussion über HDL und die grundlegenden Konstrukte von VHDL, Verilog und WARP eingeführt und anhand eines Beispiels veranschaulicht. Darüber hinaus werden endliche Zustandsmaschinen vorgestellt, und ein Beispiel für eine Zustandsmaschinenimplementierung eines UART mit Verilog wird präsentiert. Die Architekturdetails und die Funktionalität von PSoC 3/5LP werden in diesem Kapitel verwendet, um Schlüsselaspekte des vorgestellten Materials zu veranschaulichen.
Edward H. Currie
Kapitel 9. Kommunikationsperipherie
Zusammenfassung
Dieses Kapitel bietet eine Diskussion über eine Reihe der wichtigeren Kommunikationsprotokolle, die in Verbindung mit eingebetteten Systemen verwendet werden. Es war nicht möglich, jedes dieser Protokolle im Detail zu behandeln, aber es wurde versucht, dem Leser einen breiten Überblick über solche Protokolle zu geben und in geringerem Maße einige relative Vergleiche zwischen ihnen zu liefern. Jedes der diskutierten Protokolle bietet bestimmte Vorteile gegenüber den anderen und alle sind derzeit weit verbreitet. Der Leser wird ermutigt, die in diesem Kapitel für diese Protokolle zitierten Standards zu überprüfen, um zusätzliche Einblicke in ihre jeweiligen Architekturen und Implementierungsdetails zu gewinnen. Themen wie Fehlererkennung/-behebung, Implementierungskosten, Anzahl der erforderlichen Kommunikationswege, unterstützte Übertragungsgeschwindigkeiten, Codierungskomplexität, unterstützte Master/Slave-Konfigurationen und Übertragungsmodi werden im Detail erörtert.
Edward H. Currie
Kapitel 10. Phasenregelschleifen
Zusammenfassung
Phasenregelschleifen („phase-locked loops“, PLL) (zwei grundlegende Arbeiten sollten bei der Untersuchung des Ursprungs von Phasenregelschleifen berücksichtigt werden, nämlich E.V. Appleton, Proc Camb Philos Soc 21[Teil III]:231, 1922–1923 und H. de Bellescize, L’Onde Electrique 11:230–240, 1932) sind elektronische Schaltungen, die eine negative Rückkopplung verwenden, um die Ausgangsphase eines Signals auf die Eingangsphase des Signals zu sperren, indem sie den Phasenfehler zwischen Eingang und Ausgang ermitteln und den resultierenden Fehler auf 0 reduzieren. (Für die Zwecke dieser Diskussion und im gegenwärtigen Kontext bedeutet 0, den Fehler auf ein akzeptables Niveau zu reduzieren.) Ein spannungsgesteuerter Oszillator („voltage-controlled oscillator“, VCO) (zwei Arten von Oszillatoren werden häufig in PLL verwendet, nämlich harmonische – sinusförmige Wellenformen – und Relaxationsoszillatoren – Sägezahn- oder Dreieckswellenformen) wird verwendet, um den Phasenfehler auf 0 zu reduzieren. (Es sollte beachtet werden, dass das Eingangssignal und/oder das Referenzsignal, das vom VCO erzeugt wird, sinusförmig sein kann.) Der einfachste Phasendetektor besteht aus einem XOR-Gatter, das wie in Abb. 10.3 gezeigt konfiguriert ist. Phasenregelschleifen werden weit verbreitet in HF-Anwendungen, Telekommunikation, einer Vielzahl von digitalen Schaltungen, digitalen Computern und in vielen anderen Anwendungen eingesetzt. Sie können verwendet werden, um ein Signal zu demodulieren, ein Signal aus einem rauschbehafteten Kommunikationskanal wiederherzustellen, eine stabile Frequenz vom Vielfachen einer Eingangsfrequenz zu erzeugen (Frequenzsynthese; U.L. Rhode, Digital PLL frequency synthesizers, 1983) oder präzise getaktete Taktimpulse in digitalen Logikschaltungen wie Mikroprozessoren zu verteilen.
Edward H. Currie
Kapitel 11. Analoge Signalverarbeitung
Zusammenfassung
In diesem Kapitel liegt die Diskussion auf der Mischsignalverarbeitung (Es war jedoch in diesem Lehrbuch nicht möglich, eine detaillierte Diskussion über Signalverarbeitung zu führen. Stattdessen werden bestimmte gängige Signalverarbeitungsanwendungen diskutiert, z. B. Mischen und andere Beispiele, die sowohl analoge als auch digitale Signalverarbeitung beinhalten, die häufig in eingebetteten Systemen anzutreffen sind.) und insbesondere den verschiedenen Komponenten, die oft in ein eingebettetes System integriert sind, um die notwendige Funktionalität für eine bestimmte Anwendung zu bieten. Wie in den vorangegangenen Kapiteln dient PSoC 3/5LP in diesem Kapitel zur Veranschaulichung der wichtigsten Konzepte. Es sollte beachtet werden, dass viele der Blöcke, die auch als „Module“ bezeichnet werden, die in Geräten wie PSoC 3 und PSoC 5LP gefunden werden, in Wirklichkeit wiederholte Instanziierungen einiger grundlegender Hardwarekomponenten mit Variationen sind, deren Eigenschaften durch Register gesteuert und/oder definiert werden. Daher wird in der Diskussion gelegentlich auf die Steuerungs- und andere zugehörige Register verwiesen, um die Funktionalität auf einer niedrigeren Abstraktionsebene hervorzuheben und die Tatsache zu betonen, dass das Verhalten der verschiedenen Module dynamisch unter Programmkontrolle und in Echtzeit geändert werden kann.
Edward H. Currie
Kapitel 12. Digitale Signalverarbeitung
Zusammenfassung
Vor dem Aufkommen des Mikroprozessors basierte vieles, was als Signalverarbeitung betrachtet werden könnte, stark auf analogen Techniken, im Gegensatz zur digitalen Signalverarbeitung. Analoge Komponenten unterliegen Temperaturabhängigkeiten, Drift, Alterung, Abhängigkeiten/Variationen der Umgebungsfeuchtigkeit, elektromagnetischen Feldern und einer Vielzahl anderer Störungen, ganz zu schweigen von Abweichungen in den von Herstellern gelieferten Bauteilwerten usw. In der heutigen Welt gibt es jedoch trotz der Verfügbarkeit einer Vielzahl digitaler Komponenten (Van Eß et al., Laborhandbuch für die Einführung in das Mixed-Signal-Embedded-Design. Cypress University Alliance. Cypress Semiconductor, 2008), die relativ unbeeinflusst von solchen Überlegungen sind, immer noch einen Bedarf an der Verarbeitung analoger Signale mit analogen Komponenten und Geräten. Zum Beispiel kann die analoge Filterung sehr effektiv durchgeführt werden, indem oft Verarbeitungszeit und Wortlängenprobleme vermieden werden. Digitale Filterung kann in einigen Fällen viel bessere Filtereigenschaften bieten und dabei die Phasenverschiebung minimieren. Dieses Kapitel hat einige der klassischeren, analogen Ansätze zur Signalverarbeitung überprüft. Die PSoC-Gerätefamilie ermöglicht es dem Entwickler, beliebig komplexe Mixed-Signal-Systeme zu erstellen (Ashby, Meine ersten fünf PSoC 3 Designs. Spec. £001-58878 Rev. *C. Cypress Semiconductor, 2013; Narayanasamy, Entwurf eines effizienten PLC mit einem PSoC, 2011).
Edward H. Currie
Kapitel 13. Der Pierce-Oszillator
Zusammenfassung
Der Pierce-Oszillator (Pierce, Elektrisches System, US-Patent 2.133.642, eingereicht am 25. Februar 1924, erteilt am 18. Oktober 1938) hat eine Reihe von wünschenswerten Eigenschaften. Er funktioniert bei jeder Frequenz im Bereich von 1 kHz bis 200 MHz. Er hat eine sehr gute Kurzzeitstabilität, weil die Quellen- und Lastimpedanzen des Quarzes hauptsächlich kapazitiv statt resistiv sind, was zu einer hohen Güte (Q) führt. Die Schaltung liefert ein großes Ausgangssignal und treibt gleichzeitig den Quarz mit einer geringen Leistung an. Große Shuntkapazitäten gegen Masse auf beiden Seiten des Quarzes machen die Oszillationsfrequenz relativ unempfindlich gegen Streukapazitäten und verleihen der Schaltung eine hohe Störfestigkeit. Die Pierce-Konfiguration hat jedoch einen Nachteil, nämlich, dass sie einen Hochleistungsverstärker benötigt, um die relativ hohen Verstärkungsverluste in den Quarz umgebenden Schaltkreisen auszugleichen.  Quarzkristalle sind durchaus in der Lage, gut in den 300+-MHz-Bereich (für AT-Schnitt-Quarze) und bis hinunter zu 0,5 Hz zu schwingen, je nachdem, wie der Quarz „geschnitten“ wurde (Lee et al., A 10-MHz micromechanical resonator Pierce reference oscillator for communications, in Digest of Technical Papers, the 11th International Conference on Solid-State Sensors & Actuators (Transducers’01), Munich, June 10–14 (2001), pp. 1094–1097). Quarzkristalle können auf mehreren verschiedene Arten schwingen, die durch den „Schnitt“ bestimmt werden. Wie in Abb. 13.6 gezeigt, gibt es mehrere Möglichkeiten, den Quarz zu „schneiden“ und einen dünnen ebenen Quarzkristall zu erzeugen. AT ist der am häufigsten verwendete Schnitt und er arbeitet in einem Dickenscherschwingungsmodus.
Edward H. Currie
Kapitel 14. PSoC 3/5LP-Designbeispiele
Zusammenfassung
Dieses Kapitel enthält mehrere anschauliche Beispiele für Designs, die häufig in eingebetteten Systemen anzutreffen sind, die PSoC verwenden:
  • Spitzenwertdetektion basierend auf einer Abtast-Halte-Technik,
  • Vollwellengleichrichtung,
  • Analog-digital-Umwandlung,
  • Wellenformgenerierung und
  • Signalmodulation/-demodulation.
Edward H. Currie
Kapitel 15. PSoC Creator-Funktionsaufrufe
Zusammenfassung
PSoC Creator unterstützt eine breite Palette von Komponenten, die ein Entwickler bei der Entwicklung von eingebetteten „Mixed-Signal-Systemen“ verwenden kann. Jede Komponente wird durch Funktionsaufrufe unterstützt, die es dem Entwickler ermöglichen, die Funktionalität des zugrunde liegenden Blocks zu steuern. In diesem Kapitel werden die Funktionsaufrufe im Hinblick auf die spezifischen Funktionen detailliert beschrieben, die von jeder PSoC Creator-Komponente unterstützt werden. Die Leser werden ermutigt, die in PSoC Creator als PDF-Dateien enthaltenen Datenblätter von Cypress Semiconductor zu verwenden, um die spezifischen Details zur Implementierung jeder Komponente zu erlernen. PSoC 3 und PSoC 5LP besitzen eine Reihe von Komponenten, die beiden gemeinsam sind. Es gibt jedoch einige Unterschiede in dem Gefolge von Komponenten, die für jeden bereitgestellt werden. Zum Beispiel ist der Delta-Sigma-analog-digital-Wandler in PSoC 3 zu finden, und nicht in PSoC, der stattdessen ein „successive approximation register“ (SAR) und ein sequenzielles SAR bereitstellt. Letzteres kann verwendet werden, wenn mehrere Quellen abgetastet werden.
Dieses Kapitel beginnt mit PSoC Creator-Komponenten, die einzigartig für PSoC 3 sind, und behandelt dann diejenigen, die sowohl PSoC 3 als auch PSoC 5LP gemeinsam sind. Die Abschn. 15.1 bis 15.16.2 beschreiben die von PSoC Creator für PSoC 3 unterstützten Komponenten und ihre jeweiligen Funktionen/Funktionsaufrufe. Ebenso beschreiben die Abschn. 15.17 bis 15.127.1 Komponenten, die sowohl PSoC 3 als auch PSoC 5LP gemeinsam sind, und ihre jeweiligen Funktionen/Funktionsaufrufe.
Edward H. Currie
Backmatter
Metadaten
Titel
Entwurf von eingebetteten Mixed-Signal-Systemen
verfasst von
Edward H. Currie
Copyright-Jahr
2024
Electronic ISBN
978-3-031-51488-3
Print ISBN
978-3-031-51487-6
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-031-51488-3