CLO
新思/台積電聯手加速3奈米SoC製程創新
新思科技日前宣布旗下數位(digital)與客製化(custom)設計平台已通過台積電3奈米製程技術的認證。該認證是以台積電最新的設計規則手冊 (design rule manual,DRM)和製程設計套件(process design kit,PDK)為基礎,為雙方廣泛合作和嚴格驗證的成果,能帶來可實現優化的功耗、效能和面積(PPA)的設計解決方案,進而加速新一代設計的開發。
台積電設計建構管理處資深處長Suk Lee表示,與新思科技多年來的合作成果為客戶提供了基於台積電先進製程技術的平台解決方案,令客戶受惠於台積電3奈米製程技術所帶來的功耗表現與效能的大幅提升,進而實現矽晶開發的創新,同時能快速將產品創新推向市場。通過認證的新思科技設計解決方案讓客戶可以更自信地基於台積電N3製程進行設計,並獲得優化的PPA。
藉由與台積電密切合作,新思科技開發出關鍵的特色功能和新技術,以確保台積電N3製程從合成到布局繞線,再到時序(timing)及物理簽核(physical signoff)的完整流程之間的關聯性。新思科技的Fusion Compiler RTL-to-GDSII 解決方案和 IC Compiler II布局繞線解決方案已加以擴展可支援台積電 N3 製程。經強化的新思科技Design Compiler NXT合成解決方案能讓設計人員充分利用台積電3奈米技術,透過採用高度精確的全新電阻和電容估計方法提升結果品質(QoR),並與新思科技的IC Compiler II布局繞線解決方案具備更緊密的關聯性。PrimeTime 簽核解決方案(signoff solution)支援先進的多輸入切換 (multi-input switching,MIS),用於精確的時序分析(timing...
NFC-PWM技術助力 NFC走入智慧照明更輕易
LED市場有越來越多的LED電源供應器提供兩種創新功能:近場通訊(NFC)程式設計及恆定流明輸出(CLO)。NFC程式設計功能用於取代勞力密集的「插入式電阻」電流設定方法,以提升整體價值鏈的彈性。具備CLO功能的產品,可在使用壽命期間調整LED電流,以補償LED模組的光通量下降情形(老化效應)。此功能除了以更優異的照明品質提升客戶滿意度,也對環境有利,因為可以在大部分的使用壽命期間避免發生過電流,進而減少總耗電量。
NFC更適合照明應用
NFC是指一組通訊協定,讓距離相近的裝置能夠以無線方式互相通訊。這項技術已廣泛應用於各種應用,例如非接觸式付款。LED燈具的NFC程式設計是相當新的概念,可讓LED燈具運作特性以無線方式設定,並自由地設定主電源電壓。這種方法比傳統的LED程式設計更簡單快速,並可實現更多功能豐富且彈性的LED驅動器產品。
圖1顯示照明應用NFC程式設計的系統配置,其中包含NFC讀取器(硬體),以及與驅動器整合的NFC標籤,負責用於資料儲存。NFC讀取器連接主機個人電腦接受指示。應用程式軟體控制NFC讀取器,透過NFC指令以無線方式編程NFC標籤。傳輸參數會依據所需燈具設定的製造商規格,在應用程式軟體之中預先定義及設定。
圖1 驅動器NFC程式設計系統概觀
相較於其他無線通訊技術,NFC具備獨特特性,對LED驅動器使用案例具有吸引力:
.由於具備短距離通訊特性,可確保只會接觸及編程位在定義實體位置的物體。本功能對製造環境非常有利,可大幅降低識別及驗證程序的複雜度。
.在NFC讀取器及NFC標籤組成的系統中,標籤可被動運作(無外部電源供應器)。電源是由NFC讀取器傳送的RF場取得。這樣一來配備NFC標籤的物體,就可在組裝線上編程,毋須連接電源供應器,其重要優勢在於提升作業效率。
.於全球可用的13.56MHz未授權無線電頻率ISM頻帶運作,並採用下列妥善定義的標準,可在全球大規模推行實施。
.具備低資料傳輸速率(106至424kbps)及低頻率(13.56MHz),可降低硬體設計的複雜度。低成本的印刷PCB天線足以滿足應用需求,硬體成本低於BLE等其他無線通訊技術。
除了技術優勢以外,LED照明價值鏈的所有利害關係人,都可因為使用NFC介面而受益。例如LED驅動器廠商可在製造線自動設定產品電流位準,藉此節省勞力成本,甚至還能在出貨前往全球各地倉庫前進行調整,以提供供應鏈彈性,協助節省大量物流成本。LED驅動器的輸出公差等級,也可在生產期間校正後大幅提升,更重要的是產品可向客戶提供更多自由及彈性。
燈具製造商可輕易編程LED驅動器配合LED模組,因此可輕鬆變更LED模組廠商。此外燈光輸出可更精確控制,因為其中的步進調整(使用插入式)電阻由連續調整(使用NFC程式設計)取代。與國家標準有關的物流複雜度,可利用以出貨目的地為基礎的NFC組態加以降低。另外,安裝服務公司可向終端客戶提供額外服務,例如個別室內空間的照明設定。
NFC極具潛能但成本是發展挑戰
如前所述,LED驅動器的NFC程式設計,是一種保障未來需求的概念,可讓整體價值鏈的所有利害關係人享有多項優勢。目前的主要問題是如何有效及高效地加以實作。NFC程式設計現有的實作概念,圖2所示的微控制器及NFC動態標籤。
圖2 傳統NFC微控制器概念
雖然這種解決方案具備潛能,但因為下列原因導致成本高昂:
.微控制器本身及額外的被動元件,會增加整體元件數量。
.需要使用多層PCB(如果LED驅動器使用單層或雙層PCB,就需要獨立子卡)。
.此外為了讓微控制器運作,使用者必須編寫韌體;這對缺乏軟體撰寫或微控制器韌體經驗及知識的製造商而言,將是困難挑戰。
NFC-PWM方案簡化成本/設計
為此,智慧照明解決方案業者(如英飛凌)提出全新的NFC-PWM方法,其中使用內建NFC IC搭配PWM輸出,直接控制類比驅動器IC,如圖3所示。此一解決方案可在類比系統實現NFC程式設計及CLO功能,毋須使用微控制器。該解決方案相容於現有類比LED驅動器設計,以及Module-Driver Interface Special Interest Group(MD-SIG)的NFC程式設計規格。
圖3 新一代NFC-PWM概念
NFC-PWM運作原則/功能
圖4顯示使用NFC-PWM解決方案的一般應用圖示。
圖4 應用圖示
其中包含四個部分,分別是:天線、NFC IC、RC濾波器及LED驅動器IC。運作原則如下所示:
.客戶透過無線NFC介面設定PWM參數。
.開啟電源時晶片產生PWM輸出。
.PWM訊號轉換(透過RC濾波器)為DC電壓,以控制輸出電流。
.調整PWM訊號的工作週期以調節DC控制電壓。
以英飛凌旗下NFC-PWM系列產品NLM0011及NLM0010為例,該系列產品為雙重模式的NFC組態IC,具備PWM輸出功能,主要設計用於LED應用;其中除了CLO等NFC程式設計進階功能以外,也整合運作時間計數(OTC)及開/關計數功能。設計人員可輕易啟用上述功能,無需任何額外的微控制器,也不需要開發韌體,裝置可輕鬆調整配合現有設計。
NLM0011具有兩種運作模式,分別為設定及照明模式。在設定模式中,LED驅動器未通電時(無Vcc用於NFC IC),是以從RF場獲得的能量(由NFC IC傳送)供電給NFC讀取器;儲存於NVM的參數,可透過NFC介面以非接觸方式設定。在照明模式中,一旦LED驅動器通電(Vcc用於NFC IC),就會依據儲存參數產生PWM輸出,在此項主動模式中,NFC介面將停用。
PWM參數
脈寬調變(PWM)訊號由三項主要分量組成以定義其行為:振幅、工作週期及頻率。工作週期描述訊號處於高(導通)狀態的時間長度,占完成單一週期總時間的百分比。頻率決定PWM完成週期的速度,簡易的RC濾波器可將PWM訊號轉換為DC電壓。因此DC電壓位準可由修改PWM振幅或PWM工作週期的方式調整,並可利用公式1計算。
公式(1)
其中DC為PWM的工作週期,Voh為PWM輸出的高電壓,而Vol則為PWM輸出的低電壓。由於PWM訊號的穩定性,會直接影響LED電源供應器成品的公差程度,因此請務必在初期設計階段評估公差需求及NFC IC能力。關鍵的NFC IC參數為工作週期及絕對PWM振幅(Voh~Vol)。
NFC-PWM系列產品會產生振幅固定為2.8V的PWM訊號。由於其中採用整合式穩壓器(LDO),因此外部供應電壓的位準以及穩定性不會影響到PWM振幅。工作週期可以設定為0%至100%,精度優於0.1%;至於PWM的解析度需要視選定的PWM頻率而定,選定1kHz時為15位元,或者選定30kHz的時候為10位元。
CLO實作
CLO為準控制系統(自我調節系統),可對抗LED燈光輸出的自然退化現象,透過調節LED電流的方式嘗試維持恆定的光通量。NLM0011的整合式運作時間計數器,會自動記錄累積的運作時間。運作時間的 NVM值每4小時增加/更新一次。可計數的最大運作時間為262114小時,若達到此上限,計數器時間值就會凍結。在關閉電源的情況下,欠壓鎖定功能會偵測事件,並於NVM儲存上次計數週期值(小時及分鐘)。這樣在每個開/關週期就可達到±30秒的時間計數精度。
NLM0011也具有整合式8點CLO表,儲存LED模組的退化曲線,LED燈具製造商會依據選擇的LED編程此項曲線。CLO表編程後,PWM訊號的工作週期就會自動調整,以補償LED退化。工作週期以實際執行時間OTC的函式表示,是以兩個鄰近參考點之間的線性插補計算。NLM0011會持續計數運作時間,並持續插補工作週期修正因數,然後乘以額定工作週期值,以取得實際的工作週期值。
NFC-PWM讓作業更方便
本文提出新的NFC-PWM概念,協助實現快速且符合成本效益的NFC程式設計,適合LED照明使用,無需額外的微控制器。這種全新NFC-PWM解決方案由半導體廠開發及認證,除了NFC程式設計以外,像是整合式CLO功能、運作時間計數與開/關計數等創新功能,也整合其中,讓LED照明製造商更方便作業。
(本文作者為英飛凌科技資深業務開發經理)
儒卓力供應英飛凌具PWM輸出的NFC無線配置IC
英飛凌(Infineon)的NFC PWM(脈衝寬度調變)系列NLM0011/NLM0010可為LED驅動器提供兼具快速及具成本效益的近場通訊(NFC)程式設計的實施。通過NFC所進行的非接觸式交換可取代勞力密集型的插入式電阻(Plug-In Resistor)電流設置方法,從而提升運作效率,並且大程度提高價值鏈中的靈活性。這項技術可減少LED驅動器的種類,從而簡化了LED模組的選擇,並容許在配置過程結束時進行配置。
由於NFC-PWM系列與常見類比驅動器IC相容,因此不需要開發韌體,並且可以輕鬆地整合到現有的設計中。該系列的兩款元件都具有被動和主動運作模式。在被動模式下,PWM相關的參數可以通過NFC介面以無線方式配置,而LED模組未通電。在主動模式下,當施加VCC電源時,則會根據儲存的參數產生PWM輸出。然後以外部RC濾波器將PWM訊號轉換為所需的DC電壓,以控制LED驅動器的電流輸出。
NLM0011的一項重要特色是整合恆定流明輸出(CLO)功能。利用自動調節LED電流以因應LED的老化特性,可以補償LED模組的老化效應。整合的運作時間計數器(OTC)和CLO表中儲存的LED劣化曲線有助於自動調節PWM工作週期,以補償LED劣化。NLM0010是不帶CLO功能的輕量版。兩種款式均備非揮發性記憶體(NVM),可儲存唯一識別資料(UID),以及20位元組的用戶資料。除LED電源外,NFC-PWM系列還適用於馬達控制和開關模式電源(SMPS)。