Innovazione microelettronica system-level

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L’innovazione nel mondo dell’elettronica, in particolare quella destinata alle applicazioni industriali, medicali, delle utilities e finanziarie, si sta caratterizzando soprattutto per l’integrazione a livello di sistema sia della componente analogica che della componente digitale in soluzioni di natura system-on-chip che consentono di ottenere elevate prestazioni, bassi consumi di potenza, ridotte dimensioni e semplicità di programmazione. In quasi tutti i campi applicativi, dall’elettronica si richiedono caratteristiche funzionali che soddisfino le emergenti esigenze di ultra embedding. Il settore dell’automazione industriale sta emanando nuovi requisiti di riduzione delle dimensioni e dei consumi nei sistemi di controllo e di automazione dei processi di produzione. Nel mondo delle applicazioni consumer la dimensione palmare dei dispositivi sta rapidamente evolvendo verso la dimensione indossabile, definendo in tal modo nuovi paradigmi funzionali e di prestazione. Altri settori applicativi, come quello del metering fanno emergere requisiti che principalmente riguardano le dimensioni e l’autonomia energetica illimitata (fino al termine del ciclo di vita del dispositivo). Maxim Integrated ha sviluppato tecnologie di integrazione analogica e digitale che hanno portato alla realizzazione di applicazioni di miniaturizzazione particolarmente spinta in settori applicativi come quello dell’automazione industriale, del medicale consumer, dei sistemi intelligenti di misura per le utilities e di pagamento mobile per il finanziario. Maxim ha affrontato queste problematiche in termini di offerta di componenti innovativi tramite piattaforme reference design specifiche per il settore industriale, biomedicale consumer, metering e mobile point-of-sale (MPOS).

Piattaforma industriale

Il controllore logico programmabile è il componente più importante per il controllo e il coordinamento dei sensori e delle macchine di un processo industriale. Attualmente nell’automazione industriale è in atto un trend di innovazione (4.0) che porta ad abbandonare l’impiego di Plc centralizzati e di grosse dimensioni a favore di Micro Plc modulari e decentralizzati, soluzione questa che si sta dimostrando sempre più efficiente e flessibile. Il modulo MAXREFDES60# è un reference design completo che opera a meno di 250 mW e che integra un microcontrollore e un’architettura di potenza in una scheda delle dimensioni di una carta di credito. Connessa ad un computer via Usb, questa scheda è subito operativa e consente di implementare immediatamente il controllo Plc. L’accuratezza è elevata, 16 bit con precisione analogica in uscita minore di 0.05% su tutto il range. L’integrazione è totale in quanto include il microcontrollore, un Dac, un alimentatore, un riferimento di tensione e isolatore digitale. I dati sono isolati dalle interferenze magnetiche e di conseguenza viene prevenuta la corruzione dei dati. L’integrazione elettronica con tecnologie proprietarie di Maxim ha consentito di realizzare un micro Plc 10 volte più piccolo di un Plg tradizionale, capace di consumare metà energia e di operare 70 volte più veloce. Questo risultato è stato ottenuto grazie a una serie di componenti innovativi come MAX11270, un Adc delta-sigma a 24 bit con consumi di 10 mW e Pga (Programmabe Gain Amplifier), MAX17515, un sistema di alimentazione switch mode a 5A e range di ingresso da 2,4 a 5,5 V e induttore integrato che riduce le perdite di energia e il calore con il 92% di efficienza, e il MAX17552, un Dc-Dc converter (da 4 a 60 V e 100 mA) sincrono step-down ultra piccolo che riduce la dissipazione del calore consentendo un’efficienza del 50%.

Piattaforma wellness

Il wearable, in particolare quello relativo alle applicazioni medicali consumer, è ormai uno dei mercati in più rapida espansione. La piattaforma wellness di Maxim Integrated è una suite di soluzioni hardware e software che include il microcontrollore WASP/MAX32600 ottimizzato per le applicazioni medicali indossabili e integra soluzioni per la gestione della batteria, per l’elaborazione digitale, dei sensori, della comunicazione a bassissima potenza e della sicurezza. MAX32600 è un microcontrollore Arm ad elevatissima integrazione ad architettura Cortex M3 a basso consumo che integra funzionalità analogiche ad elevata precisione e una unità per la sicurezza che consente l’autenticazione, la crittografia dei dati e la rilevazione dei tentativi di frode Si tratta della Trust Protection Unit, una unità che consente di garantire che i dati non possano essere compromessi. Un altro aspetto di innovazione che è orientato al wearable è l’integrazione analogica che consente di ridurre al minimo l’utilizzo di componenti discreti. Il front-end analogico include i driver di Led e altre risorse che facilitano le misure tipiche delle applicazioni fisiologiche come quelle del wellness (misura della frequenza cardiaca e risposta galvanica della pelle. Altri componenti che contribuiscono allo sviluppo di applicazioni wearable sono il MAX14676, tiny power and management, che consente di estendere la durata della carica delle batterie per i dispositivi wearable, il MAX21100, una unità di misura inerziale estremamente miniaturizzata a 6 gradi di libertà, il MAX30100, un sensore ottico di segnali biologici altamente integrato che integra due fotorivelatori Led e il front-end analogico a bassissimo consumo, e il MAX62242, una doppia interfaccia di autenticazione che combina un front-end Iso con una interfaccia I2C in un solo chip oltre a un motore di autenticazione SHA-256 che esegue uno schema bidirezionale a chiave simmetrica per proteggere dalla contraffazione e la clonazione.

Piattaforma utilities metering

I sistemi di misura dei servizi forniti dalle utilities (acqua, energia elettrica, gas, ecc.) rappresentano una importante area di innovazione data la rilevanza di questo attività di servizio e soprattutto l’importanza dell’ottimizzazione dei costi di gestione per diminuire i costi di servizio. I misuratori meccanici di flusso sono molto imprecisi, costosi da manutenere e difficili di gestire in termini amministrativi. La realizzazione elettronica di tali misuratori migliora considerevolmente la precisione della misura e allo stesso tempo consente la gestione elettronica del misuratore. Il MAXREFDES70# è un reference design per flow metering basato sulla tecnologia ultrasonica capace di migliorare di un fattore 10 l’accuratezza della misura tipica dei misuratori meccanici e che può operare con una batteria di formato “A” per almeno 20 anni. Grazie alla resistenza ai contaminanti del componente MAXREFDES70#, il misuratore non richiede manutenzione. Alla base del reference design MAXREFDES70# c’è il convertitore time-to-digital MAX35101 dotato di front-end analogico capace di misurare la differenza tra upstream e downstream ultrasonic pulse.

Piattaforma point-of-sale

Il mercato emergente dei pagamenti tramite terminali mobili evidenzia la richiesta di soluzioni che ottimizzano la componente di comunicazione wireless e quella della sicurezza. Il reference design MPOS-STD2 Mobile Point of Sale di Maxim include un Emv L1 Stack, integra Bluetooth ed Nfc, una libreria di criptografia accelerata da hardware e una serie di funzioni di sicurezza conformi al Pci PTS 4.0. Il componente chiave di questo reference design è il MAX32550 DeepCover MPOS, un System-on-Chip che incorpora tutte le funzionalità di un terminale MPOS: criptografia, sicurezza fisica, interfaccia smart card, lettore di banda magnetica, controllo Tft, controllo sicuro della tastiera, Adc, Dac, interfacce seriali. Basato su un Arm Cortex-M3, MAX32550 dispone di 1 MB di flash e 256k di Nvsram.

Tecnologia ottica per il wearable

Maxim utilizzerà i componenti della Wellness Platform per realizzare una scheda PoM (Product on Module) e una scheda applicativa separata, dotata di sensori per i parametri fisiologici del wellness. La scheda PoM consentirà di programmare il microcontrollore Arm, di configurare le periferiche analogiche incorporate, di gestire le funzioni integrate di sicurezza dei dati, di pilotare le connessioni Rf e i sensori, e di gestire l’alimentazione del sistema. Questa piattaforma integrerà le funzioni di comunicazione, i sensori e l’interfaccia Hmi, rappresentando in tal modo una soluzione completa a livello di sistema. La PoM sarà compatibile con numerose schede applicative tramite un connettore di espansione e sarà resa disponibile anche la demo Android di un’applicazione Gui per smartphone o tablet in modo da poter per visualizzare le misure biometriche effettuate dalla PoM.

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