Batería de respaldo Atmel SAM E70 (ATSAME70Q21, Cortex-M7)

Estoy construyendo una placa de demostración alimentada por USB con el controlador Atmel SAM E70, y un único obstáculo al que me enfrento es la operación con batería. Tengo la intención de usar una batería simple de celda de moneda de 3 V como fuente de energía de respaldo y quiero conservar la fecha/hora actual de MCU en un modo de bajo consumo.

Tengo un fondo de microcontrolador STM menor y esperaba que Atmel MCU tuviera capacidades similares, pero E70 (y toda la línea de MCU Atmel basadas en Cortex-M7, al parecer) carece de la entrada VBAT. La hoja de datos del E70 tiene una sección separada (22.4.4 - "Uso de baterías de respaldo/suministro de respaldo") sobre el tema, pero no proporciona ninguna respuesta lista, solo un esquema incompleto y algunos consejos de secuencia de energía.

E70 tiene un chip hermano: el V71, y descubrí que la placa de demostración de V71 de Atmel ("V71 Xplained Ultra") en realidad proporciona un esquema detallado, que está lejos de ser fácil y compacto:

Esquema de energía de respaldo de V71 Xplained Ultra

Parece que Atmel espera que los ingenieros de sistemas construyan su propio sistema de energía de respaldo; es un poco decepcionante, ya que la línea STM F4/F7 tiene un esquema de alimentación de respaldo incorporado.

Por lo tanto, 2 preguntas:

  1. ¿Hay alguna manera más fácil (que construir un esquema con un amplificador operacional y 2 circuitos integrados adicionales) o un esquema probado y probado para proporcionar una batería de respaldo para Atmel S70/E70/V70?

    Nota: Me recomendaron usar un IC RTC separado (como STM M41T62LC6F), pero no me siento cómodo agregando un IC adicional a la placa.

  2. (en caso de que algún ingeniero de Atmel visite esta pregunta) ¿Cuál fue el motivo para dejar fuera el controlador VBAT/de baja potencia de la MCU?

Respuestas (2)

La idea detrás de la entrada de Vbat en chips como el STM32 es que el RTC y otros periféricos de bajo consumo normalmente se alimentan del Vdd principal, cambiando automáticamente a Vbat cuando no hay Vdd. En el chip, esto se puede implementar con algo tan simple como un diodo-OR:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Para ahorrar pines (supongo), el SAME70 no proporciona una conexión separada para el RTC, sino que toma energía del Vdd principal. Sin embargo, como se muestra en la sección de la hoja de datos a la que hizo referencia, puede agregar la lógica de conmutación de energía externamente:

esquemático

simular este circuito

El esquema que publicaste es muy complicado, porque está tratando de hacer algo ligeramente diferente: C103 en ese diagrama es un supercondensador (¡100 mF!), Gran parte del circuito es responsable de cargarlo a un ritmo razonable. Está utilizando una celda de moneda, por lo que nada de eso es relevante.

Hay varias consideraciones prácticas con el esquema que publiqué. Primero, recomiendo los diodos Schottky, porque de esa manera se pierde mucho menos voltaje. En segundo lugar, supongo que está generando un riel de 3,3 V desde el USB Vbus con un regulador lineal LDO. Si es así, querrá tomar la retroalimentación del regulador después del diodo, para que el regulador pueda compensar la caída del diodo. Se vería así (ignorando los condensadores de derivación):

esquemático

simular este circuito

En tercer lugar, esto intentará alimentar todo el chip desde la celda de moneda cuando no haya alimentación USB presente. Debe tener mucho cuidado para ingresar al modo de respaldo tan pronto como note que falta Vbus, o agotará la celda de la moneda rápidamente. Querrá usar un pin GPIO para detectar VBus (vea el esquema 2 en la sección 58.2.8).

¡Hola Abe! Gracias por su respuesta. Sin embargo, un pequeño comentario: gran parte del circuito es responsable de cargarlo a un ritmo razonable ; esto no es del todo cierto; el problema es que el chip Atmel tiene requisitos de temporización de energía bastante complejos (los bits/pines específicos deben alimentarse varias veces antes de que desaparezca la energía Vdd, etc.), y el esquema en realidad intenta dar cuenta de eso.
Sin embargo, tienes razón en parte sobre el esquema de carga: /
@DmitriyKhudorozhkov No estoy seguro de a qué requisitos complejos de sincronización de energía se refiere: siempre que use el regulador interno para suministrar el núcleo, el SAME70 solo requiere que Vddin y Vddio estén conectados. En el circuito que publicaste, todo lo que queda de U101 es para cargar el capacitor.

De acuerdo con su hoja de datos, el oscilador LF estará alimentado por VDDIO. Esto es muy molesto, ya que significa que los búferes de pines también podrían permanecer encendidos y consumir corriente si no se ponen en el estado adecuado antes de ir a dormir. Esto debe ser revisado...

Dices que no quieres usar un IC RTC separado para no agregar otro chip a tu placa...

Sin embargo, el esquema que publica agrega 17 partes, incluidos 2 circuitos integrados a su placa, sin incluir el regulador de conmutación ...

Un chip de reloj RTC como PCF85063 o MCP7940 tendrá un costo total de BOM de mucho menos de $ 1, incluido el cristal, y resuelve su problema.

También consume menos corriente (1,2 µA frente a los 2-5 µA especificados para su micro)...

También es una solución comprobada que funciona y puede implementarla sin golpearse la cabeza contra el escritorio, en menos tiempo del que necesitará para resolver su problema actual... ¡Y probablemente cueste menos también!

Me recuerdas a mí mismo cuando estaba tratando de usar una función en un micro que no nombraré, y los documentos eran, digamos, no muy claros. No funcionó. Perdí mucho tiempo en esto. Y luego... Felicidad y alegría, aquí vino la fe de erratas: "lo sentimos, la función para la que seleccionó este microcontrolador en realidad no funciona, ¡muchas gracias y que tenga un buen día!"

Así que este es el trato: si los documentos no son claros... Si el fabricante no muestra la función en su placa de demostración... y si el chip es reciente... y si nadie en los foros hizo la función que desea que realmente funcione...

Aún no se ha publicado ninguna errata significa... Aún no se ha publicado ninguna errata .

Tal vez esté ahí, tal vez no... ¿Pasarán una semana para saber si es la función de Schrödinger?

¡A menos, por supuesto, que seas el tipo que Atmel contrata para hacer sus tableros de demostración! En ese caso, envíe un correo electrónico a los diseñadores de chips;)

Tal vez no sea la respuesta que buscas. ¡Lo siento!

¡Hola @peufeu! Gracias por su respuesta. Sí, RTC IC separado es la solución que busco. ¡A menos, por supuesto, que seas el tipo que Atmel contrata para hacer sus tableros de demostración! - no, no estoy afiliado a Atmel, desafortunadamente :)
@peufeu A menudo estoy a la deriva para hacer precisamente eso "hacer que funcione porque debería..." y, por lo tanto, pierdo mucho tiempo... También quiero usar Vbat en SAM S70... Necesito leer su respuesta a menudo como un recordatorio :)