Renesas RA2T1 ไมโครคอนโทรลเลอร์แบบประหยัดพลังงานที่ใช้ Cortex-M23 สำหรับงานควบคุมมอเตอร์ BLDC/PMSM

Renesas ได้เปิดตัวไมโครคอนโทรลเลอร์กลุ่ม RA2T1 รุ่นใหม่ สำหรับควบคุมมอเตอร์ที่ใช้พลังงานต่ำ โดยใช้แกนประมวลผล Arm Cortex-M23 ความถี่ 64 MHz เหมาะสำหรับงานควบคุมมอเตอร์เดี่ยวที่มีต้นทุนต่ำ เช่น เครื่องมือไฟฟ้า พัดลม และเครื่องใช้ในบ้าน

RA2T1 ออกแบบมาสำหรับมอเตอร์ไฟฟ้ากระแสตรงไร้แปรงถ่าน (Brushless DC Electric Motors หรือ BLDC) และมอเตอร์ซิงโครนัสแม่เหล็กถาวร (Permanent Magnet Synchronous Motors หรือ PMSM) โดยรองรับทั้งเทคนิคการควบคุมแบบ Trapezoidal และ Field-Oriented Control (FOC) ด้วยวงจร Sample and Hold (S&H) 3 ช่องที่ฝังมาในตัว ช่วยให้สามารถตรวจจับกระแสแบบ 3 เฟสได้อย่างแม่นยำ นอกจากนี้ยังมีฟีเจอร์ปิด PWM อัตโนมัติ และมีวงจรแอนะล็อกและดิจิทัลอื่น ๆ ให้ใช้งานในแพ็กเกจขนาดเล็กที่สุดเพียง 4×4 มม. แบบ QFN

ก่อนหน้านี้ Renesas ได้เปิดตัว RA8T1 ซึ่งเป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ควบคุมมอเตอร์ที่ใช้ Cortex-M85 core พร้อมชุดคำสั่ง Helium และส่วนขยาย DSP เหมาะสำหรับงานควบคุมมอเตอร์ที่ใช้ AI ในภาคอุตสาหกรรมและหุ่นยนต์ ในช่วงเวลาใกล้เคียงกัน Infineon ก็ได้เปิดตัว PSOC Control C3x series ซึ่งมีความสามารถในการควบคุมมอเตอร์แบบเรียลไทม์ มาพร้อมกับฟีเจอร์ด้านความปลอดภัย ตัวแปลง ADC ความเร็วสูง PWM ความละเอียดสูง และรองรับมาตรฐานความปลอดภัย PSA ระดับ 2

สเปคของไมโครคอนโทรลเลอร์กลุ่ม Renesas RA2T1:

MCU core – แกนประมวลผล Arm Cortex-M23 (สถาปัตยกรรม Armv8-M) สูงสุดที่ 64MHz
หน่วยความจำและที่จัดเก็บ
- SRAM ขนาด 8KB พร้อมฟังก์ชันตรวจสอบความถูกต้อง (Parity Check)
- หน่วยความจำแฟลชสำหรับโค้ด ขนาดสูงสุด 64KB
- หน่วยความจำแฟลชสำหรับข้อมูล ขนาด 2KB (รองรับการลบ/เขียนซ้ำได้ 100,000 รอบ)
- มีรหัสประจำตัวเฉพาะ (Unique ID) ขนาด 128 บิต
วงจรรอบข้าง (Peripherals)
- อินเทอร์เฟซ Serial
  - 4x SCI (รองรับ UART, I²C แบบพื้นฐาน, SPI แบบพื้นฐาน, และ Smart Card Interface))
  - 1x อินเทอร์เฟซ I²C แบบฟีเจอร์ครบ
  - 1x อินเทอร์เฟซ SPI
- GPIO– สูงสุด 40x GPIOs (2x แรงดัน 5V, มีขาแบบ Open-drain หลายขา, มี Pull-up ในตัว, และสามารถกำหนดกระแสขับได้)
- Analog
  - ตัวแปลง A/D แบบ 12 บิต สูงสุด 13 ช่อง พร้อมวงจร Sample-and-Hold 3 ชุด
  - มีเซ็นเซอร์อุณหภูมิภายใน
  - 2x มีวงจรเปรียบเทียบแบบความเร็วสูง (Analog Comparator)
- ตัวนับเวลา (Timers)
  - 4x General PWM Timers (GPT) แบบ 16 บิต – รองรับการควบคุมมอเตอร์ขั้นสูง (ทั้ง FOC และ Trapezoidal)
  - 2x ตัวนับเวลา Low Power AGTW แบบ 32 บิต สำหรับ PWM หรือการนับเหตุการณ์
Clock Sources
- Main clock oscillator (MOSC) รองรับความถี่ 1 ถึง 20 MHz
- High-speed on-chip oscillator (HOCO) เลือกได้ 24/32/48/64 MHz
- Middle-speed on-chip oscillator (MOCO) ที่ 8 MHz
- Low-speed on-chip oscillator (LOCO) ที่ 32.768 kHz
- ฟังก์ชันปรับความแม่นยำของนาฬิกา (Clock Trim) สำหรับ HOCO/MOCO/LOCO
- ออสซิลเลเตอร์เฉพาะสำหรับ IWDT ที่ 15 kHz
- รองรับการส่งสัญญาณนาฬิกาออก (Clock Out)
ฟีเจอร์ระบบ (System Features)
- ตัวควบคุมเชื่อมโยงเหตุการณ์ (Event Link Controller – ELC)
- ตัวควบคุมการโอนย้ายข้อมูล (Data Transfer Controller – DTC)
- ระบบตรวจจับแรงดันไฟต่ำ (Low Voltage Detection – LVD) พร้อมการตั้งค่าแรงดัน
- ฟังก์ชัน Key Interrupt (KINT)
- ระบบรีเซ็ตเมื่อเปิดเครื่อง (Power-on Reset – POR)
- โหมดพลังงานต่ำหลายแบบ
ความปลอดภัย
- ตรวจสอบความถูกต้องของ SRAM (SRAM Parity Check)
- ฟังก์ชันตรวจสอบตัวเองของ ADC
- การป้องกันพื้นที่แฟลช
- วงจรคำนวณ CRC และตรวจจับการเข้าถึงหน่วยความจำผิดพลาด
- การป้องกันการเขียนรีจิสเตอร์
- วงจรตรวจสอบความแม่นยำของนาฬิกา (CAC) และการอ่านค่าจาก GPIO
การจัดการระบบและพลังงาน:
- โหมดประหยัดพลังงานหลายระดับ (Sleep/Standby)
- Event Link Controller สำหรับการสื่อสารระหว่างอุปกรณ์รอบข้างโดยไม่ใช้ CPU
- DTC สำหรับย้ายข้อมูลแบบขับเคลื่อนด้วย interrupt
- KINT ตรวจจับขอบสัญญาณจากขาอินพุตเฉพาะ
- วงจรรีเซ็ต (POR) ภายใน
- LVD พร้อมการตั้งค่าแรงดัน
รองรับแรงดันทำงาน 1.6V ถึง 5.5V (VCC)
อุณหภูมิในการทำงาน: -40°C ถึง +105°C หรือ -40°C ถึง +125°C ขึ้นอยู่กับรุ่น
แพ็กเกจ:
- LQFP / HWQFN 48 ขา (ขนาด 7×7 มม.)
- LQFP 32 ขา (7×7 มม.), HWQFN (5×5 มม.)
- HWQFN 24 ขา (4×4 มม.)

หมายเหตุ RA2T1 ไม่มีฟีเจอร์ด้านความปลอดภัยขั้นสูง เช่น TrustZone, secure boot, ตัวเร่งการเข้ารหัส หรือการตรวจจับการปลอมแปลง ซึ่งมีอยู่ในกลุ่ม RA ที่สูงกว่า เช่น RA4M, RA6M หรือ RA4L1 ที่ใช้ Cortex-M33 cores

กลุ่มไมโครคอนโทรลเลอร์ Renesas RA2T1 รองรับโดยแพ็กเกจซอฟต์แวร์ Flexible Software Package (FSP) ของบริษัท ซึ่งประกอบด้วยชุดซัพพอร์ตบอร์ด (BSP), ไดรเวอร์สำหรับอุปกรณ์ต่อพ่วง, มิดเดิลแวร์ และสแต็กสำหรับการเชื่อมต่อ โดย FSP สามารถใช้งานร่วมกับ e² studio IDE ที่พัฒนาบนพื้นฐาน Eclipse ได้อย่างสมบูรณ์ และรองรับเครื่องมือคอมไพล์ เช่น GNU Arm Embedded และ IAR Embedded Workbench นอกจากนี้ยังมีเครื่องมือ QE for Motor และ Renesas Motor Workbench สำหรับการกำหนดค่า ปรับแต่ง และวิเคราะห์อัลกอริธึมควบคุมมอเตอร์แบบเรียลไทม์ อีกทั้งยังมีตัวอย่างการเข้าถึงรีจิสเตอร์ ชุดโปรเจกต์เริ่มต้นแบบพร้อมใช้งาน รวมถึงคำแนะนำในการใช้งานเครื่องมือจากผู้ผลิตรายอื่น เช่น SEGGER J-Link และ Keil MDK สำหรับการพัฒนาและดีบักโปรแกรม

RTK0EMA810S00020BJ Development Board — ชุดพัฒนา MCK-RA2T1 สำหรับควบคุมมอเตอร์แบบยืดหยุ่นในกลุ่มไมโครคอนโทรลเลอร์ RA2T1

เพื่อให้งานพัฒนาง่ายขึ้น Renesas จึงจัดเตรียมชุดพัฒนาควบคุมมอเตอร์ MCK-RA2T1 สำหรับการทดสอบการควบคุมมอเตอร์ PMSM และ BLDC แบบเวกเตอร์ไร้เซนเซอร์ (Sensorless Vector Control) ชุดนี้ประกอบด้วยบอร์ดซีพียู MCB-RA2T1, บอร์ดอินเวอร์เตอร์ 48V/10A, บอร์ดสื่อสารสำหรับแยกวงจรกับพีซี, มอเตอร์ไร้แปรงถ่านรุ่น R42BLD30L3 ซึ่งรองรับการตรวจจับกระแสทั้งแบบ 1-shunt และ 3-shunt, มีระบบป้องกันกระแสเกิน (Overcurrent Protection) และสามารถใช้งานร่วมกับเซนเซอร์ตำแหน่งหลายประเภท เช่น Hall sensor, Encoder และเซนเซอร์แบบเหนี่ยวนำ (Inductive type) สามารถทดสอบการทำงานเบื้องต้นได้ทันทีผ่าน สวิตช์และปุ่มควบคุมความเร็ว (volume control) บนบอร์ด และสามารถปรับแต่งค่าพารามิเตอร์และมอนิเตอร์การทำงานได้อย่างสมบูรณ์ผ่านซอฟต์แวร์ Renesas Motor Workbench

Renesas ยังมีบอร์ด FPB-RA2T1 Fast Prototyping Board สำหรับการสร้างต้นแบบและการพัฒนาอย่างรวดเร็ว โดยบอร์ดนี้มาพร้อมกับ ตัวดีบักภายในแบบ SEGGER J-Link ในตัว ทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์ดีบักภายนอกเพิ่มเติม บอร์ดยังมี header เชื่อมต่อแบบ Arduino Uno และ Pmod รวมถึงมีจุดเชื่อมต่อแบบ through-hole สำหรับเข้าถึงขาทุกขาของ MCU ได้โดยตรง

Renesas ได้เปิดตัวไมโครคอนโทรลเลอร์ในกลุ่ม RA2T1 รวมทั้งหมด 30 รุ่น แต่ในขณะที่เขียนบทความนี้ พบว่าเฉพาะรุ่น R7FA2T1074CNE MCU เท่านั้นที่มีวางจำหน่ายแล้วบนเว็บไซต์ DigiKey และ Mouser, และร้านค้าอื่น ๆ โดยมีราคาอยู่ที่ประมาณ $2.40 (~78฿) ต่อชิ้น และ $1.22 (~40฿) ต่อชิ้นถ้าสั่งในปริมาณ 5000 ชิ้น, สำหรับชุด MCK-RA2T1 Kit มีราคา $533.03 (~17,000฿) และ FPB-RA2T1 evolution board ราคา $12.41(~400฿) สามารถดูรายละเอียดเพิ่มเติมได้ที่หน้าเว็บไซต์ผลิตภัณฑ์ และ ข่าวประชาสัมพันธ์