EM8500 – Inteligentní správa napájení bez kompromisů [3]

V předchozích číslech jsme popsali základní vlastnosti nového obvodu švýcarské firmy EM Microelectronic EM8500 pro správu napájení, jeho hlavní parametry, oblasti použití, základní pracovní módy obvodu a jeho typická zapojení. V tomto závěrečném příspěvku bychom rádi popsali také jeho detailní možnosti nastavení a konfigurace a především nástroje, které v této fázi vývoje potenciálním uživatelům obvodu pomáhají a usnadňují přípravu parametrů pro vestavěnou konfigurační EEPROM paměť s ohledem na různé typy a parametry vstupních zdrojů napětí – solárních nebo termoelektrických článků. Všechny tyto funkce tedy umožňují vývojové kity pro platformu EM8500 a příslušné SW nástroje pro konfiguraci pracovních módů obvodu a jeho přizpůsobení připojenému „Energy Harvester“ elementu.

Vývojové prostředky pro obvod EM8500

Pro ověření vlastností finální aplikace s obvodem EM8500 a pro jeho testování, měření a konfiguraci jsou k dispozici dva vývojové kity – EMEVB8500 a EMDVK8500. Prvně zmíněný kit EMEVB8500 je určen pro základní ověření a nastavení funkce obvodu EM8500 s pomocí „Evaluation Board“. Usnadňuje a urychluje vývoj prototypů a vzorků pro „Energy Harvesting“ aplikace. Deska plošného spoje EMEVB8500 (obr. 1) umožňuje nastavit a testovat různé konfigurace obvodu EM8500. Je možné k ní například připojit „Long Term storage element“, tedy interní, na desce umístěný supercap, případně externí akumulátor a také „Short Term Storage Element“, opět buď vestavěný, interní, nebo externí kapacitor. A především k ní lze jednoduše připojit „Harvester Element“, tedy solární nebo termoelektrický článek, a samozřejmě uživatelskou aplikaci, která řeší celý napájecí systém.

Na desce je také umístěno několik konektorů, které usnadňují připojení uživatelské elektroniky a měření hlavních parametrů celého řešení. Především jsou zde tedy vyvedeny všechny napěťové výstupy obvodu a další jeho důležité kontrolní a ovládací vývody. Na desce je také umístěno tlačítko pro konfigurovatelné probuzení – „wake-up“ obvodu.

Druhým podpůrným nástrojem je kompletní vývojový kit EMDVK8500. Tento kit je velmi výkonný prostředek pro konfiguraci, evaluaci a vývoj prototypů založených na řešení napájení pomocí „Energy Harvesting“ s využitím obvodu EM8500. Obsahuje nejen celou sadu HW a SW nástrojů pro usnadnění a urychlení vývoje, ale i SW nástroje pro simulaci, měření a vyhodnocení všech parametrů vyvíjené uživatelské aplikace. Kompletní vývojový kit EMDVK8500 (obr. 2) se skládá ze tří vzájemně propojených desek s plošnými spoji. Základem je hlavní deska – EMDVK8500 Base Board (obr. 3), další je pak deska s vlastním obvodem EM8500 – EMDVK8500 Daughter Board (obr. 4) a nakonec aplikační PCB deska – Application Board. Dalšími součástmi kitu jsou pak 4GB Flash USB klíč, který obsahuje instalační balík softwaru „EM8500 DevExplorer“, USB propojovací kabel, napájecí zdroj 5 V a samozřejmě také „Harvesting Element“ – solární článek.

Základní vlastnosti kitu EMDVK8500

Hardware

• Modulární architektura pro vývoj prototypů a testování uživatelské aplikace
• Flexibilní volba různých typů „harvester“ elementů
• Měřicí body pro snadné připojení laboratorních měřicích přístrojů
• Aplikační deska
• On-board konfigurace obvodu EM8500
• Konfigurace registrů a EEPROM obvodu EM8500

Software EM8500 DevExplorer

• Intuitivní uživatelské prostředí (GUI)
• „User friendly“ grafický uživatelský interface
• Zobrazení registrů a EEPROM konfigurace
• Podpora I2C a SPI přístupu
• Volitelné pracovní módy
• Pokročilý „real-time“ záznam napěťových profilů
• Zobrazení průběhů a napěťových úrovní
• Podpora kurzorů a funkce zoom
• Monitorování a měření napěťových úrovní vnitřních uzlů systému

Konfigurace a nastavení obvodu EM8500

Nastavení a konfiguraci jednotlivých parametrů, hodnot konfiguračních registrů a pracovních módů obvodu EM8500 zajišťuje vestavěná konfigurační EEPROM paměť. Programování EEPROM paměti a správné nastavení všech registrů usnadňuje kromě vlastního vývojového kitu EMDVK8500 také SW průvodce – „wizard“, což je aplikace pro MS Excel, která je dostupná na webových stránkách výrobce obvodu [1].

Tato aplikace velmi intuitivně vede vývojáře aplikace, který do ní postupně zadává požadované parametry celého systému s ohledem na vlastnosti použitých vstupních zdrojů napětí. Průvodce má tři záložky a je přehledně členěn do několika sekcí. Na první záložce v první sekci je nutné zadat údaje o použitém typu „harvesteru“ a jeho základní parametry. Ve druhé sekci průvodce je třeba specifikovat parametry použitých „storage“ LTS a STS elementů, tedy vlastnosti akumulátoru a supercap kapacitoru. Ve třetí sekci se nadefinují typy a požadované parametry výstupních napěťových pinů VAUX a VAUX_GND. V poslední sekci se pak definují parametry USB a SPI rozhraní. Ve druhé záložce je přehledný seznam hodnot všech registrů, které budou naprogramovány do interní EEPROM paměti obvodu EM8500 a na třetí záložce tohoto průvodce je možné v reálném čase sledovat časové průběhy důležitých signálů obvodu a jejich změny při modifikaci konfiguračních dat. Aplikace současně kontroluje a hlídá nepovolené, nebo dokonce nebezpečné kombinace parametrů. Po vyplnění všech nutných údajů je možné vygenerovat konfigurační soubor pro programování EEPROM paměti obvodu EM8500. Na následujících obrázcích jsou zobrazena okna z různých pracovních režimů programu EM8500 Development Explorer (obr. 5, obr. 6). Software v podstatě slouží jako virtuální voltmetr a osciloskop a umožňuje sledovat a měřit důležité vnitřní uzly navrhovaného systému. Kompletní popis a dokumentace kitu EMDVK8500 a softwaru DevExplorer jsou k dispozici zde [2], [3].

Podrobnější informace o obvodu EM8500 firmy EM Microelectronic a další dokumentace, jako datasheet, aplikační listy, jsou dostupné zde [4]. Vzorky obvodu EM8500 v pouzdře QFN24 jsou na vyžádání k dispozici v EM Microelectronic. Obvod EM8500 i příslušný vývojový kit EMDVK8500 jsou volně prodejné.