Un singolo chip per i contatori intelligenti

CIRCUITI INTEGRATI –

Atmel ha realizzato un dispositivo per smart meter che integra un processore Arm e un modem Plc conforme allo standard Prime. La soluzione offre un alto livello di integrazione e consumi ridotti.

La ricetrasmissione di onde convogliate sui cavi dell'energia elettrica o Plc (Powerline Communication) è certamente la tecnologia di comunicazione più adatta per realizzare le reti che collegano i “contatori intelligenti” delle utenze elettriche. In questo campo si sfidano oggi vari standard; uno dei più promettenti è denominato Prime (PoweRline Intelligent Metering Evolution) ed è sostenuto da un'alleanza che riunisce importanti aziende. Per poter utilizzare questo standard, i contatori devono essere dotati di una significativa potenza di elaborazione e di una buona quantità di memoria: il protocollo Prime è infatti piuttosto complesso e tuttora suscettibile di evoluzioni, quindi è necessario prevedere la possibilità di aggiornamenti del firmware a distanza, tramite la rete. I produttori di contatori intelligenti, pertanto, sono alla ricerca di soluzioni che consentano di soddisfare questi requisiti di sistema senza far lievitare i costi e i consumi del prodotto finito. Una possibile risposta giunge oggi da Atmel, che ha realizzato una soluzione a singolo chip per contatori intelligenti comprendente un processore Arm Cortex-M4 e un modem Plc conforme allo standard Prime.

Il chip SAM4SP32A
Il processore Arm Cortex-M4 integrato nel chip, con clock fino a 120 MHz, fornisce tutta la potenza di elaborazione necessaria al contatore ed è inoltre dotato di una notevole quantità di memoria: due banchi di Flash da 2 MB (uno per lo strato applicativo, l'altro per lo stack Prime) e 160 KB di Sram. La dotazione di periferiche comprende due Usart, due porte TWI e una porta Usb 2.0. Particolare cura è stata posta da Atmel alla realizzazione del modem Prime integrato nel chip; la società ha scelto infatti un'implementazione totalmente digitale che offre un'elevata sensibilità (fino a 34,8 dBµV) e un'ampia gamma dinamica (fino a -73,18 dB). Quest'ultima caratteristica consente al chip di tollerare l'attenuazione del segnale PLC dovuta al trasformatore che converte l'energia elettrica da media a bassa tensione. L'alto livello di integrazione offerto dal chip permette di ridurre il numero totale dei componenti del contatore: diviene infatti possibile fare a meno di memorie esterne (Flash e SRAM) e anche del front end analogico. I consumi del dispositivo, inoltre, sono decisamente ridotti, anche grazie all'impiego di un driver di linea particolarmente efficiente (l'efficienza dell'iniezione del segnale Plc è pari al 63%): il nuovo SAM4SP32A assorbe infatti 30 microampere in modalità “attesa” (wait) e dissipa 750 milliwatt in modalità trasmissione. Jesus Teijeiro, direttore marketing per i prodotti smart energy e Plc di Atmel, ha sottolineato nel corso di un colloquio con Selezione di Elettronica che uno dei dispositivi concorrenti offre, in modalità “wait”, un assorbimento di 500 microampere. Il basso consumo del prodotto Atmel si traduce anche in una ridotta dissipazione di calore, il che contribuisce a semplificare il contatore.

Applicazioni, software e strumenti di sviluppo
Oltre che per i contatori intelligenti, il nuovo chip SAM4SP32A può essere utilizzato anche per realizzare altri sistemi: i “nodi base” della rete Prime (con l'impiego della tecnologia Mimo), i display che forniscono all'utilizzatore finale le informazioni sui propri consumi elettrici e varie soluzioni nel campo della domotica. Per quanto riguarda il software, va segnalato che Atmel fornisce gratuitamente lo stack del protocollo Prime. La società fornisce inoltre una gamma completa di strumenti di sviluppo: l'ambiente Atmel Studio 6, kit di valutazione, sniffer e analizzatori di rete per lo standard Prime, librerie Prime ecc. Il nuovo chip SAM4SP32A rappresenta il massimo livello di integrazione nell'ambito dell'offerta di Atmel per la realizzazione di soluzioni basate sullo standard Prime, che comprende anche altri due chip preesistenti: il transceiver Prime ATPL220A e il modem Prime ATPL210A.

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