Für Datenlogger optimierte MCUs mit integriertem LCD-Treiber
Bis zu ein Jahr Datenaufzeichnung, LCD-Ansteuerung und PDF-Generierung mit einer Knopfzelle

 

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Willich-Münchheide/Nürnberg,

Die zur ROHM Group gehörende Firma LAPIS Semiconductor gab kürzlich die Verfügbarkeit von 32-Bit-Mikrocontrollern (MCUs) mit idealer Eignung für Datenlogger bekannt, die in der Logistik beim Versand von Paketen zum Erfassen und Verwalten von Umgebungsinformationen eingesetzt werden können. ROHM wird den neuen Baustein auf der Embedded World ausstellen (vom 14. bis 16. März in Nürnberg; Halle 3A, Stand 320).

Die Bausteine vom Typ ML630Q464/466 fassen alle wichtigen Funktionen für die Datenaufzeichnung (USB, Erzeugung eines hochfrequenten Taktsignals, LCD-Treiber, A/D-Wandler mit hochpräzisem RC-Oszillator), die Datenerfassung (z. B. Temperatur, Feuchte, Beschleunigung), das Anzeigen von Daten sowie das Generieren von PDF-Dateien in einem Chip zusammen.

Wachsende Bedenken hinsichtlich der Sicherheit von Lebensmitteln und Medikamenten haben in den letzten Jahren zum vermehrten Einsatz von Logistiksystemen zur lückenlosen Einhaltung der Kühlkette von der Produktion über den Transport bis zum Verbrauch geführt – speziell für verderbliche Ware und pharmazeutische Erzeugnisse. In der Logistikbranche verlangt dies nach einem Management der Umgebungsbedingungen, die sich beim Transport auf die Qualität der versandten Waren auswirken können – nämlich Temperatur, Feuchtigkeit, Stöße und Vibrationen. Als Resultat dieses Trends wird erwartet, dass die Nachfrage nach Management-Tools wie etwa Datenloggern um mehr als 10 % pro Jahr wachsen wird.

Bei Datenloggern, die in der Regel an Paletten befestigt werden und vielfach Einwegprodukte sind, kommt es darauf ab, durch kleinere Batterien und weniger Bauteile die Größe und die Kosten zu reduzieren. Hinzu kommt, dass beispielsweise die FDA- und GDP-Richtlinien [1, 2] eine präzise Aufzeichnung der Bedingungen verlangen, denen das Paket während des Transports ausgesetzt ist, und die Ausgabe nicht editierbarer PDF-Dateien vorschreiben, damit ein Manipulieren der Aufzeichnungen ausgeschlossen ist.

Der ML630Q464/466 ermöglicht deshalb die Generierung von PDF-Dateien und integriert auch wichtige Funktionen für die USB-Datenaufzeichnung in einem Chip. Gleichzeitig wird das Know-how genutzt, das LAPIS Semiconductor in Sachen geringer Stromverbrauch, hohe Störbeständigkeit und hohe Performance besitzt. Die neuen MCUs enthalten einen 32-Bit-Prozessorkern des Typs ARM Cortex M0+, um hohe Performance mit geringem Stromverbrauch zu verbinden. Die aufgezeichneten Daten können auf einfache Weise in etwa 4 Sekunden als PDF-Datei formatiert werden. Die Produkte kommen 380 Tage mit einer Knopfzelle aus [3] und zeichnen sich durch die für LAPIS Semiconductor typische hohe Störbeständigkeit aus, sodass auch unter widrigen Umgebungsbedingungen ein stabiler Betrieb gewährleistet ist.

Leistungsfähige Unterstützung erhalten die Anbieter von IoT-Lösungen für Supply-Chain- und Logistikanwendungen in Form eines umfassenden Referenzdesigns, in dem die auf der fortschrittlichen Low-Power-Technologie von LAPIS Semiconductor basierenden Hochleistungs-MCUs und drahtlosen Kommunikations-LSI des Unternehmens zum Einsatz kommen.

Wichtige Eigenschaften

1. Die Zusammenfassung aller wichtigen Funktionen eines USB-Datenloggers in einem Chip reduziert die Leiterplattenfläche um bis zu 30 %

Intefrating all primary functions on a single chip reduces board area by 30% High-Accuracy RC-Type A/D Converter, PDF Generation Software

Die ICs enthalten alle für USB-Datenlogger benötigten Funktionen wie ein USB-Interface, einen hochfrequenten Taktgenerator, einen LCD-Treiber und einen A/D-Wandler (ADC) mit hochpräzisem RC-Oszillator.

Nur mit einem Thermistor und einer Widerstands-Kondensator-Kombination erreicht der ADC bei der Temperaturmessung eine Genauigkeit von ±0,5 °C. Typische Temperaturmessschaltungen bestehen dagegen aus einem Temperatursensor, einem Thermistor und einer Schaltung zur Erzeugung der Referenzspannung. Die Leiterplattenfläche reduziert sich hierdurch um 30 % gegenüber konventionellen Lösungen.

Ein Performance-Gewinn resultiert außerdem aus der Verwendung eines ARM Cortex M0+-Cores und der Einbindung eines optimierten PDF-Generierungsprogramms. Damit lässt sich in ungefähr vier Sekunden eine A4-Seite mit 2.500 Messpunkten als PDF-Datei erzeugen. Die Kombination des kundenseitigen AES-Verschlüsselungsprogramms mit der eingebauten AES-Funktion und dem ebenfalls integrierten Zufallszahlen-Generator ermöglicht zudem die Erzeugung passwortgeschützter PDF-Dateien.

2. Hohe Performance und geringer Stromverbrauch ermöglichen den Betrieb an einer Knopfzelle über bis zu 380 Tage

Der Betrieb eines USB-Datenloggers lässt sich in zwei Abschnitte einteilen, nämlich in das Erfassen und Aufzeichnen der Sensordaten in vorgegebenen Intervallen und das Generieren einer PDF-Datei, wenn am Ende des Einsatzes eine USB-Verbindung hergestellt wird. Allerdings wird die Leistungsaufnahme im Standby-Status einen dominierenden Einfluss auf die Batterielebensdauer haben, da sich der Datenlogger während des Großteils der Zeit im Standby befindet.

Durch die Unterstützung von vier Low-Power-Betriebsarten erzielen die neuen MCUs eine klassenbeste Standby-Stromaufnahme von 0,8 µA. Dies erlaubt den Betrieb an einer Knopfzelle des Typs CR2032 für eine Dauer von bis zu 380 Tagen, wobei nur ein Drittel der Kapazität konventioneller Batterien für MCUs in typischen Datenloggern benötigt wird.

3x longer battery life, 4 optimized low power modes compensate for increased power usage during high-speed processing to reduce overall energy consumption

3. Optionales Referenz-Kit für USB-Datenlogger verkürzt die Entwicklungszeit der Kunden

USB Data Logger Reference Kit

Ein Referenz-Kit unterstützt die Entwicklung von Datenloggern mit dem ML630Q46x. Abgesehen von Informationen zur Hardware wie etwa Schaltplänen und BOM-Listen gehören zum Referenz-Kit auch verschiedene Softwareprogramme für den Betrieb des USB-Flash-Speichers und das Generieren von PDF-Dateien, die gesamte benötigte Dokumentation und Einsatzmethoden für das Power-Management und den hochgenauen RC-ADC, wodurch das Verständnis der Funktionen des MCU erleichtert und die Entwicklungsarbeit der Kunden beschleunigt wird.

4. Robuste Störbeständigkeit (entsprechend der ‚Tough‘-MCU-Serie von LAPIS Semiconductor) trägt zu einem stabilen Betrieb auch unter rauen Umgebungsbedingungen bei

Um wichtige Datenbestände, die zum Verifizieren der Paketqualität dienen, vor externen Störgrößen zu schützen, bieten die neuen MCUs die geringe Leistungsaufnahme und die Störimmunitäts-Technologien der ‚Tough Low Power' MCU-Serie von LAPIS Semiconductor.
Die ML630Q46x-MCUs kommen auf mehr als ±30 kV und übertreffen damit bei weitem die Messgrenze für die Prüfspannung gemäß Level 4 (±8 kV indirekte Kontaktentladung) der Norm IEC 61000-4-2 [4] der International Electrotechnical Commission (IEC). [Gemessen mit dem ML630Q466-Referenzboard.] Dies ermöglicht einen stabilen Betrieb auch unter rauen Umgebungsbedingungen.

Vertriebsplan

Typ ML630Q464/466
Vertriebsplan Massenproduktion Started
Produktions- Stückzahl 100.000 Stück/Monat
Anwendungen USB-Datenlogger, Sensoren, industrielles Equipment

Technische Daten

  ML630Q464 ML630Q466
CPU Cortex-M0+
Flash ROM mit ISP 64KB 128KB
Daten-Flash (Single Word) 2KB
RAM 8KB 16KB
LCD-Treiber (Com × Seg) 8 × 50
I/O Ports 38
ADC 2 × 24bit RC-ADC, 12 × 12bit SA-ADC
Serielle Schnittstellen USB2.0 Full Speed (12Mbps), I2C (Master/Slave), SPI (Master/Slave),
UART (Vollduplex, asynchron)
Timer 8bit Timer oder 16bit Timer, 16bit Timer mit PWM, WDT, RTC
Security-Funktionen AES, Zufallszahlen-Generator
Externe Interrupts 8 Kanäle
Spannungswächter 16 Stufen
Power ON Reset ja
Takt (niedrige Frequenz) Externer Quarz (32,768 kHz), interner RC-Oszillator (32,768 kHz)
Takt (hohe Frequenz) PLL (24 MHz), interner RC-Oszillator (16 MHz)
Betriebsspannung 1,8 V..3,6 V
Betriebstemperatur -40°C bis ~ +85°C
Stromaufnahme Halt Mode: 0,80 µA, Operating Mode: 250 µA/MHz
Gehäuse TQFP100

Anmerkungen

1.
Food and Drug Administration der USA, verantwortlich für das Erlassen von Bestimmungen zu Nahrungsmitteln, Getränken, Kosmetika, Arzneimitteln, Medizingeräten, Bestrahlungsgeräten und tierärztlichen Produkten für den Verkauf in den USA.
2.
GDP (Good Distribution Practice). Angemessene Distributionsstandards für pharmazeutische Produkte. Die Regelwerke garantieren die Qualität von Pharmazeutika (Sicherheit und Wirksamkeit).
3.
Berechnungsgrundlagen: CR2032-Knopfzelle, Datenauslese-Intervall 10 Minuten, LCD aktiviert
4.
Eine von der International Electrotechnical Commission (IEC) erlassende Norm zur Evaluierung der Beständigkeit von elektronischem Equipment gegen elektrostatische Entladungen.