Köztudott, hogy manapság a felhasználó számára a termékek használati értékének maximalizálása és a gyártói beruházások védelme rendkívül jelentőségteljes. Cikkünkben megvizsgáljuk, hogy az I2C-kompatibilis, digitális kimenetű, helyi hőmérsékletmérő szenzoroknál az EEPROM használata milyen előnyöket jelent, és példákat mutatunk arra, hogy egyszerű írási szekvenciákkal milyen okostervezési megoldásokat lehet implementálni…
Műszaki háttér
Áramkörszinten az I2C-kompatibilis kimenetű, digitális hőmérsékletmérő szenzorok szilíciumalapú, integrált áramkörök, amelyek a kb. 20 évvel ezelőtti piaci debütálásuk óta milliárdszám kerültek be különféle alkalmazásokba. Ezek az I2C-kompatibilis, digitális hőmérsékletmérők azóta közkedvelt eszközei a különböző végtermékek termikus állapota monitorozásának, és jelentenek megoldást számos tervezőmérnök számára a fejlesztéseik valósidejű termikus monitorozásában és a termikus határértékek átlépésekor lefutó rutinok kialakításában.
Magasabb szintről tekintve, az I2C-kompatibilis, digitális hőmérsékletmérők olyan teljes értékű, termikus monitorozási megoldást kínálnak, amelyek a saját hőmérsékletük megmérése alapján nyert hőmérsékleti értéket egy digitális számértékké konvertálják, az I2C protokollon keresztül egyszerűen kiolvasható formátumba öntve. Ezek a szenzorok tehát szabványkonform, digitalizált hőmérsékletadatokat szolgáltatnak, ezért nincs szükség melléjük analóg-digitális átalakítóra vagy utófeldolgozó áramkörökre.
Fontos lehet tudni, hogy a digitális hőmérsékletmérőket a gyártójuk kalibráltan szállítja, így azok már a gyárból kikerülve a specifikált mérési hőmérséklet-tartományban egy előre definiált hőmérsékletmérési pontosságot teljesítenek. Manapság már nem szokatlan, hogy a precíziósabb kategóriás digitális hőmérsékletmérők ±1% (vagy még jobb) mérési pontosságot szolgáltatnak olyan széles hőmérsékletmérési tartományokban, mint a jármű-elektronikai alkalmazásokra jellemző -40 … 125 °C. Ám ritkaságszámba mennek az integrált EEPROM-mal is rendelkező digitális hőmérsékletmérő alkatrészek, amelyek lehetőséget adnak olyan kritikus fontosságú, alkalmazásspecifikus hőmérsékleti adatok tárolására, amelyek segítségével a végtermékek megbízhatósága és időtállósága növelhető. Az EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read-Only Memory – elektromosan törölhető/programozható, csak olvasható memória) egy olyan dedikált, nemfelejtő típusú memória, amely felhasználói adatok tárolására szolgál, és fontos jellemzője, hogy akár több mint egymilliószor írható újra akár minden bájthelyen, és ezáltal kiválóan alkalmas gyakori adatcserét igénylő alkalmazástípusokhoz is.
Az integrált EEPROM használatának előnyei
Alapvetően három érv szól a digitális hőmérsékletmérőkbe integrált EEPROM használata mellett.
Mindenekelőtt az integrált memória használatának megvan az az előnye, hogy a kritikus adatok lokálisan, közvetlenül a hőmérsékletmérő szenzor mellett kerülnek eltárolásra. Kritikus adatra lehet jó példa a végterméken mért szélsőséges hőmérsékletek mennyisége és mértéke, amely rendszerleállásokhoz és meghibásodásokhoz vezethet, de hasonlóan fontos adatnak számít emellett a dátum, időpont, hibaesemények száma, üzemképes állapotban eltöltött órák mennyisége stb., amelyek mind-mind eltárolhatók az integrált EEPROM-ban.
Milyen előnyöket jelenthet a jövőbeli termékfejlesztésre nézve az, ha meglenne a lehetősége a végfelhasználónál jelentkező meghibásodás következtében visszajuttatott termékek esetében annak, hogy az integrált nemfelejtő memóriából kiolvassuk a hőmérsékletmérő szenzor adatait, és megállapítsuk, hogy hányszor és mikor érte el a termék életciklusa során a kritikus hőmérsékleti küszöbértékeket? Ezekből az adatokból megtudhatjuk például azt, hogy a felhasználó folyamatosan fokozott igénybevételnek tette-e ki a terméket, amely a gyártói felhasználási feltételektől függően akár helytelen használatnak is minősülhet, megvonva a garanciális jogokat. Az integrált memóriára ilyen tekintetben úgy is gondolhatunk, mint a repülőgépekben elhelyezett feketedobozokra. Nem feltétlenül kell azonban felhasználói hibákra visszavezetni az integrált EEPROM tartalmának felhasználási lehetőségeit, hiszen az adatokból akár téves alkatrészhasználatra is lehet következtetni, a tapasztalatokat pedig termékfejlesztési célra felhasználni.
Lehetséges, hogy a terméket megrongálták vagy órajelet emeltek rajta? Gondoljuk végig, hogy mit jelentene az EEPROM-ban tárolt adatok elérhetősége abban az esetben, ha a végtermék visszakerülne a gyártóhoz hibabehatárolásra! Az EEPROM-ban tárolt hőmérsékletadatok alapján megállapítható lenne a termékben bekövetkezett hiba beálltának oka, amely akár a felhasználó kifogásának cáfolatára is alkalmas lehet. Az EEPROM-ban tárolt adatok felfedik a nem rendeltetésszerű használat vagy korábbi rongálás fennállását, és ebben az esetben a gyártó jótállási kötelezettsége is módosulhat. Az EEPROM integrált jellege miatt ráadásul az adatok manipulálásának lehetősége is sokkal korlátozottabb, ezáltal nagyobb biztonsággal megállapítható a garanciális kifogás jogossága.
Az integrált EEPROM használata mellett szóló, második érv úgy szól, miszerint az integrált nemfelejtő memória annak az ellenőrzését is lehetővé teszi, hogy a felhasználók hogyan és miként használják a termék egyes funkcióit és szolgáltatásait, illetve használják-e egyáltalán őket valaha is. Új fejlesztések piacra dobásánál mindenképpen hasznos visszajelzés az, hogy ténylegesen a célközönség használja-e avagy sem. De hogyan lehet ezt egy egyszerű memóriaterület-írási szekvenciával implementálni?
Egyik lehetséges és egyben javasolható megoldás, ha kijelölünk két EEPROM bájthelyet, amelyen két különböző, különleges jelentéssel bíró értéket tárolunk, mindezt annak tudatában, hogy ezek a termék valamely funkciójára nézve jellegzetes paramétereket fognak tárolni. Az első bájthelyen tárolható lehet például az, hogy az adott funkciót hány alkalommal indította el a felhasználó, a második bájthely pedig tárolhatja az adott funkció utolsó lehívásához tartozó időbélyeget. Gondoljuk végig, milyen értékes tapasztalatot jelenthet az, ha például egy nagy reményekkel piacra dobott szolgáltatásról/termékfunkcióról kiderül, hogy a felhasználók döntő többsége sohasem vagy csak nagy ritkán veszi igénybe! A felhasználási szokásokról szóló, és/vagy fókuszcsoportokon végzett, erősen kétes hasznú kutatásokhoz képest egy ilyen forrásból származó információ rendkívüli jelentőségű.
Végül, de nem utolsósorban, a harmadik érv az integrált EEPROM használata mellett az, hogy alkalmas akár gyárilag feltöltött, rendszerkonfigurációs vagy hasonló paraméteradatok tárolására is. Az integrált memóriában tárolhatók a termékteszteléssel kapcsolatos adatok (beleértve az eredményeket, tesztelési paramétereket, a tesztprogram azonosítóját, a teszteléshez használt eszközök leírását stb.), amelyek szintén jó szolgálatot tehetnek, ha minőségi kifogással a termék visszaküldésére kerül sor, hiszen így objektív támpontként szolgálhatnak a gyártó számára. A rendszerkonfigurációs adatok tekintetében az integrált EEPROM-ban biztonsággal tárolhatók olyan információk is, amelyek adatforrást nyújtanak a rendszer számára a végtermék indulásához és üzemi körülményekre történő előkészítéséhez. A jövőben esedékes frissítések az eredeti rendszerkonfigurációs adatok felülírásával kivitelezhetők, hiszen az EEPROM lehetőséget ad az egyszerű újraprogramozásra.
A beépített EEPROM-mal rendelkező, I2C interfészes hőmérsékletmérő szenzorok egyike a Microchip AT30TSE758A típusszámú alkatrésze, amellyel az előzőekben felsorolt három előny mindegyike kihasználható. A precíziós hőmérséklet-monitorozó eszközök (lásd 1. ábra) egy nagy pontosságú, digitális hőmérsékletmérő szenzor, programozható alacsony és magas hőmérsékleti küszöbszintek, nemfelejtő regiszterek, illetve 8 Kibit kapacitású EEPROM integrált kombinációját valósítják meg egyetlen tokozáson belül. Ezáltal ezek az integrált alkatrészek számos olyan alkalmazás igényeinek megfelelnek, amelyeknél központi kérdés a hőmérsékletmérés a rendszer állapotának, funkcionalitásának és megbízhatóságának szempontjából. Az 1. ábra egy ilyen kombinált alkatrész architekturális felépítését mutatja be.
Az 1. ábrán bemutatott hőmérsékletmérő szenzor működési értéktartománya a -55 … 125 °C hőmérséklet-tartomány, jellemző mérési pontossága ±0,5 °C a 0 … 85 °C tartományban. A hőmérsékletmérés digitalizált eredményeit a belső regiszterek egyike tárolja, amely az eszközön elérhető I2C soros interfészen keresztül bármikor lehívható.
A termikus menedzsment haladó implementálásának egy másik lehetősége, ha nemfelejtő regiszterekkel ellátott hőmérsékletmérő szenzort választunk. Nemfelejtő tulajdonságuk révén ezek a szenzorok a konfigurációs és határértékadatokat a szenzor kikapcsolt (feszültségmentes) állapotában is megtartják, így nem szükséges minden bekapcsolásnál újra felkonfigurálni az eszközt, ezért megmaradhat a működés külső gazdavezérlőtől független, autonóm jellegűnek.
Összefoglalás
Bízunk benne, hogy cikkünk elolvasása után tisztább kép alakult ki az integrált EEPROM-mal rendelkező hőmérsékletmérő szenzorok által nyújtott, termikusmenedzsment alkalmazástechnikai előnyökről. Az olyan haladó áramköri megoldások, mint a Microchip AT30TS758A kiváló támogatást nyújtanak a ma már korszerűtlen megvalósítási koncepció kiváltására egy új, integrált megoldás implementálása útján.
