Infineon PSoC 4100T Plus เป็นไมโครคอนโทรลเลอร์ (MCU) แบบประหยัดพลังงานรุ่นใหม่ที่ใช้แกนประมวลผล Arm Cortex-M0+ ออกแบบมาสำหรับระบบฝังตัวที่ใช้พลังงานต่ำหรือทำงานด้วยแบตเตอรี่ ซึ่งต้องการการตรวจจับแบบสัมผัสและตรวจจับระยะใกล้ (Proximity) ไมโครคอนโทรลเลอร์รุ่นนี้มาพร้อมกับหน่วยความจำแฟลชขนาด 128 KB, SRAM ขนาด 32 KB และ ROM ขนาด 8 KB
หนึ่งในจุดเด่นของ MCU รุ่นนี้คือเทคโนโลยี CapSense MSCLP รุ่นที่ 5 ของ Infineon ซึ่งสามารถตรวจจับแบบสัมผัสด้วยความละเอียดสูงในขณะที่ใช้พลังงานต่ำมาก แม้ในโหมด deep sleep ก็ใช้กระแสไฟต่ำเพียง 8 µA โดยการตรวจจับแบบ capacitive รองรับทั้งแบบ self capacitance และ mutual capacitance เสริมด้วยการกรองสัญญาณในส่วนอนาล็อก (analog front-end filtering), การมอดูเลตแบบ sigma-delta และการกรองสัญญาณแบบดิจิทัล ทำให้ได้อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) มากกว่า 5:1 ซึ่งช่วยให้การตรวจจับแม่นยำยิ่งขึ้น MCU นี้ยังรองรับการตรวจจับท่าทาง (gesture), อินเทอร์เฟซระหว่างมนุษย์กับเครื่องจักร (HMI) และแอปพลิเคชันสมาร์ทเซนเซอร์ จึงเหมาะสำหรับอุปกรณ์สวมใส่ (wearables), อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค และระบบ IoT คุณสมบัติเพิ่มเติม ได้แก่ ADC SAR 12 บิต ความเร็ว 1 MSps, TCPWM block จำนวน 6 ชุด, Smart I/O พร้อมฟังก์ชันลอจิกที่ตั้งโปรแกรมได้, รองรับอินเทอร์เฟซ UART/I2C/SPI หลายช่อง, รองรับ GPIO ได้สูงสุดถึง 53 ขา
สเปคของ Infineon PSoC 4000T Plus :
- MCU Core – ซีพียู Arm Cortex-M0+ ความถี่ 48 MHz พร้อมฟังก์ชัน single-cycle multiply
- หน่วยความจำ – SRAM สูงสุด 32 KB
- ที่เก็บข้อมูล
- Flash สูงสุด 128 KB พร้อมตัวเร่งการอ่าน (Read Accelerator)
- ROM ควบคุมขนาด 8 KB สำหรับการบูตและการตั้งค่า
- ความสามารถในการตรวจจับ
- เทคโนโลยี CAPSENSE รุ่นที่ 5
- สถาปัตยกรรม – Ratio-metric sensing ภายใต้ระบบ Multi-Sense Converter Low Power (MSCLP)
- อัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวน (SNR) – 5:1
- วิธีการตรวจจับ – Mutual capacitance, self-capacitance และ inductive sensing
- โหมดสแกนพลังงานต่ำ – Wake-on-Touch (WoT) และ Active Low Refresh (ALR)
- WoT – ใช้กระแสเฉลี่ย 8 µA (ที่ 16 Hz refresh, เซนเซอร์ 52 pF, ความไว 0.2 pF, แรงดัน 1.8V)
- กระแสเฉลี่ยในการสแกนแบบใช้งาน (CAPSENSE) – 300 µA (สำหรับเซนเซอร์ 13 ตัว, แต่ละตัว 4 pF, ความไว 0.1 pF, 1.8V, 128 Hz refresh)
- เทคโนโลยี CAPSENSE รุ่นที่ 5
- วงจรรอบข้าง (Peripherals)Peripherals
- 2x Serial Communication Blocks (SCBs) รองรับ I2C, SPI, UART (สามารถสลับโหมดได้ขณะทำงาน); หนึ่งบล็อกสามารถทำงานได้ทุกโหมด; อีกหนึ่งบล็อกเฉพาะ/slave block
- 3x UART blocks เฉพาะทาง พร้อม RTS และ CTS
- 6x (TCPWM) blocks 16บิต (Timer/Counter/Pulse-Width Modulator)
- นาฬิกา (Clock)
- Internal Main Oscillator (IMO) – ความแม่นยำ ±1%, ความถี่ 24 MHz ถึง 48 MHz ปรับได้ทีละ 4 MHz
- Internal Low-power Oscillator (ILO) – 40 kHz (ค่ามาตรฐาน)
- Watch Crystal Oscillator (WCO) – 32-kHz
- Successive Approximation Register (SAR) ADC 12 บิต ความเร็ว 1 Msps
- สูงสุด 53 พิน I/O ที่ตั้งโปรแกรมได้ (ในแพ็กเกจ 64LD TQFP)
- การดีบัก – อินเทอร์เฟซ Arm Serial-Wire Debug (SWD) Breakpoint comparators: 4 ตัว, Watchpoint comparators: 2 ตัว
- พลังงาน
- แรงดันทำงาน – 1.71V ถึง 5.5V
- โหมดพลังงาน – Active, Sleep, Deep Sleep
- โหมด Active (รันจาก Flash, CPU 48 MHz): 8.6 mA (โดยประมาณ @ 3.3V, 25°C)
- โหมด Sleep (I2C ปลุกได้, เปิด WDT และ comparator, 6 MHz, เปิด Regulator): 1.7 mA (โดยประมาณ @ 3.3V, 25°C)
- โหมด Deep Sleep (I2C ปลุกได้, เปิด WDT, VDDD = 2.0 ถึง 3.6V): 2.5 µA (โดยประมาณ @ 3.3V, 25°C)
- ตัวเลือกแพ็กเกจ
- 44-pin TQFP (10x10x1.4 มม., ระยะพิทซ์ 0.8 มม.)
- 48-pin TQFP (7x7x1.4 มม., ระยะพิทซ์ 0.5 มม.)
- 48-pin QFN (6x6x0.6 มม., ระยะพิทซ์ 0.4 มม.)
- 64-pin TQFP (10x10x1.4 มม., ระยะพิทซ์ 0.5 มม.)
หลังจากตรวจสอบหน้าเพจผลิตภัณฑ์ของ MCU อย่างละเอียด พบว่ามีไมโครคอนโทรลเลอร์ในตระกูล PSoC 4100T Plus ทั้งหมด 40 รุ่น โดยบางรุ่นมีการติดป้ายว่า new และบางรุ่นติดป้ายว่า coming soon ในจำนวนนั้นมี รุ่นที่ทรงพลังที่สุด ได้แก่ CY8C4147AZQ-T493, CY8C4147AZQ-T495, และ CY8C4147LQQ-T493 ซึ่งมาพร้อมกับหน่วยความจำ Flash 28KB, SRAM 32KB รองรับทั้ง CapSense และ Multi-Sense ในทางตรงกันข้าม รุ่นที่มีสเปคน้อยที่สุด ได้แก่ CY8C4146AZI-T403, CY8C4146AZI-T405, CY8C4146AXI-T403, และ CY8C4146LQI-T403 ซึ่งมาพร้อมกับหน่วยความจำ Flash 64KB, SRAM 16KB ไม่รองรับ CapSense และ Multi-Sense สิ่งสำคัญที่ควรทราบคือ MCU ทุกรุ่นใช้ซีพียู Arm Cortex-M0+ ความถี่ 48 MHz เหมือนกัน และมี สเปคของ ADC และบล็อกการสื่อสารใกล้เคียงกัน ความแตกต่างหลัก ๆ อยู่ที่ปริมาณหน่วยความจำ (Flash/SRAM), ความสามารถด้านการตรวจจับ (เช่น CapSense และ Multi-Sense), จำนวนขา I/O (ขึ้นอยู่กับชนิดของแพ็กเกจ) และช่วงอุณหภูมิในการทำงาน
ในด้านซอฟต์แวร์ MCU รุ่นนี้รองรับแพลตฟอร์มซอฟต์แวร์ ModusToolbox ของ Infineon ซึ่งมาพร้อมกับเครื่องมือพัฒนาต่าง ๆ, มิดเดิลแวร์ และไลบรารีที่ออกแบบมาเฉพาะสำหรับแอปพลิเคชันฝังตัว (embedded applications) ModusToolbox ประกอบด้วย Board Support Packages (BSPs), Peripheral Driver Library (PDL), และมิดเดิลแวร์เฉพาะทาง เช่น CAPSENSE สำหรับการพัฒนาระบบอินเทอร์เฟซสัมผัสแบบ capacitive
เซ็นเซอร์ CAPSENSE ใช้แผ่นทองแดงบนแผงวงจรพิมพ์ (PCB) ซึ่งปิดทับด้วยวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้า ทำหน้าที่เป็นพื้นผิวสัมผัส แผ่นทองแดงนี้จะเชื่อมต่อกับขา GPIO ของ PSoC ซึ่งทำหน้าที่ตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของ capacitance แบบ self (CSX) และ mutual (CMX) วงจรภายในของ PSoC จะเปลี่ยนการเปลี่ยนแปลงของ capacitance เหล่านี้ให้เป็นค่าดิจิทัล เพื่อใช้ในการตรวจจับการสัมผัส การใช้งาน CAPSENSE ต้องใช้ ตัวเก็บประจุภายนอก ได้แก่ CMOD, CINTA / CINTB และ CTANK (ถ้าต้องการการป้องกันสัญญาณรบกวนหรือการตรวจจับแบบ proximity) โดยขึ้นอยู่กับเจเนอเรชันของ CAPSENSE ที่ใช้งานสำหรับอุปกรณ์ CAPSENSE รุ่นที่ 5 จะใช้ ตัวเก็บประจุ CMOD จำนวน 2 ตัวต่อช่องสัญญาณ ซึ่งจะเชื่อมต่อระหว่างขา GPIO กับกราวด์ (GND)
ค่าของตัวเก็บประจุที่แนะนำสามารถดูได้จากเอกสาร Design guide
บริษัท Infineon ได้จัดเตรียม ชุดต้นแบบ CY8CPROTO-041TP ซึ่งพัฒนาขึ้นบนพื้นฐานของไมโครคอนโทรลเลอร์ PSoC 4100T Plus โดยชุดบอร์ดนี้มาพร้อมกับ ปุ่มสัมผัส (CAPSENSE Button) และ แถบเลื่อนสัมผัส (Slider) เพื่อให้ผู้ใช้สามารถทดลองและประเมินเทคโนโลยีการตรวจจับแบบ capacitive ของ Infineon ได้อย่างรวดเร็ว คุณสมบัติของบอร์ดใช้ MCU PSoC 4100T Plus พร้อมหน่วยความจำ Flash ขนาด 32 KB และ SRAM ขนาด 4 KBรองรับการ เขียนโปรแกรมและดีบักผ่าน USB ด้วยอินเทอร์เฟซ KitProg2 ที่ติดตั้งมาในตัว รูปทรงกะทัดรัด และมี ขาเชื่อมต่อแบบ Arduino-compatible ทำให้สามารถเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์หรืออุปกรณ์ภายนอกได้ง่าย เหมาะสำหรับการพัฒนาและทดสอบอย่างรวดเร็ว บอร์ดยังสามารถใช้งานร่วมกับ CY8CPROTO-040T-MS ซึ่งเป็นชุดต้นแบบอีกตัวที่ขยายความสามารถในการตรวจจับ ระดับของเหลว (liquid level sensing) และ การสัมผัสแบบไม่ต้องแตะ (hover touch) สามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับบอร์ดพัฒนาได้จาก product brief และหน้าผลิตภัณฑ์บนเว็บไซต์ของ Infineon
ถ้าชื่อฟังดูคุ้น ๆ นั่นก็เพราะว่า Infineon เปิดตัว PSoC 4000T ไมโครคอนโทรลเลอร์ประหยัดพลังงาน (ไม่มีคำว่า Plus) ไปเมื่อไม่กี่เดือนก่อน โดยรองรับการตรวจจับแบบ capacitive, inductive, hover และการตรวจจับของเหลวแบบไม่สัมผัส ความแตกต่างหลักระหว่าง PSoC 4000T และ 4100T Plus คือ กลุ่มเป้าหมายของการใช้งานที่มีความซับซ้อนต่างกัน PSOC 4000T ถูกออกแบบมาให้เหมาะสำหรับ แอปพลิเคชันที่ต้นทุนต่ำและประหยัดพลังงาน เช่น อินเทอร์เฟซ HMI แบบง่าย ๆ และการตรวจจับของเหลวเบื้องต้น เหมาะกับอุปกรณ์แบบสวมใส่ (wearables) และเครื่องใช้ไฟฟ้าขนาดเล็ก ในทางกลับกัน PSOC 4100T Plus ให้ทรัพยากรมากกว่า เช่นหน่วยความจำ Flash สูงสุด 128 KB, SRAM สูงสุด 32 KB และ I/O เพิ่มเติม ซึ่งสามารถรองรับงานที่ซับซ้อนกว่า เช่น การควบคุมระบบฝังตัว (embedded control) และการตรวจจับขั้นสูงในอุปกรณ์ที่มีฟีเจอร์ครบครัน เช่น คอนโทรลเลอร์ของเครื่องใช้ไฟฟ้าอัจฉริยะ แม้ว่าทั้งสองรุ่นจะสามารถใช้งานร่วมกันได้ในด้านซอฟต์แวร์และแพ็คเกจ แต่ PSoC 4100T Plus จะเหมาะกับแอปพลิเคชันที่ต้องการพลังประมวลผลสูงกว่า, ระบบลอจิกที่ซับซ้อนขึ้น, และหน่วยความจำมากกว่า เช่นงานที่ใช้การตรวจจับด้วย ML/AI
Infineon มีลิงก์สำหรับสั่งซื้อไมโครคอนโทรลเลอร์ซีรีส์ PSoC 4100T โดยตรงบนหน้าผลิตภัณฑ์ แต่พบว่าส่วนใหญ่สินค้าหมดสต็อก บนเว็บไซต์ของ Infineon เอง แต่เมื่อค้นหาบน Digikey อย่างรวดเร็ว พบว่ายังมีสินค้าอยู่ในสต็อก โดยรุ่นประสิทธิภาพสูง CY8C4147AZQ-T493 มีราคาขายอยู่ที่ราคา $5.83 (~200฿), ส่วนรุ่นประหยัดพลังงาน CY8C4146AZI-S443T มีราคาขายที่ $2.12 (~70฿) ต่อชิ้น (สำหรับการสั่งซื้อขั้นต่ำ 1,500 ชิ้น) สามารถดูข้อมูลเพิ่มเติมได้จากข่าวประชาสัมพันธ์
แปลจากบทความภาษาอังกฤษ : Infineon PSoC 4100T Plus multi-sense Arm Cortex-M0+ MCU supports ML-based liquid level sensing, wake-on-touch with 8µA deep sleep mode
บรรณาธิการข่าวและบทความภาษาไทย CNX Software ได้มีความสนใจในด้านเทคโนโลยี โดยเฉพาะ Smart Home และ IoT