Freescale KM3x

Конечно, вот подробное описание семейства микроконтроллеров Freescale (ныне NXP) KM3x, его технические характеристики, парт-номера и совместимые модели.

Общее описание семейства KM3x

Семейство микроконтроллеров Freescale Kinetic KM3x (часто обозначается как Kinetis M Series) — это линейка 32-битных микроконтроллеров на ядре ARM Cortex-M0+, специально разработанных для прецизионных измерительных приложений, в первую очередь для электросчетчиков (электроэнергии, газа, воды, тепла).

Главная особенность — наличие интегрированного аналогового фронтенда (AFE) высокого разрешения, который включает 24-битные сигма-дельта АЦП, программируемые усилители (PGA), эталонные источники напряжения и другие специализированные блоки. Это позволяет напрямую подключать датчики (например, шунты, трансформаторы тока, датчики Холла) без необходимости во внешних компонентах, что снижает стоимость и сложность системы.

Ключевые области применения:

• Статические (электронные) счетчики электроэнергии (однофазные, трехфазные).
• Расходомеры (газ, вода, тепло).
• Промышленные системы измерения и контроля.
• Устройства сбора данных (DAQ).

Основные технические характеристики

Характеристики могут незначительно варьироваться в зависимости от конкретной модели. Ниже приведены типичные для серии KM3x:

1. Ядро и производительность:

   • Ядро: ARM Cortex-M0+.
   • Тактовая частота: До 100 МГц.
   • Разрядность: 32-бит.

2. Память:

   • Флэш-память (Flash): От 128 КБ до 512 КБ.
   • Оперативная память (SRAM): От 16 КБ до 64 КБ.
   • EEPROM (эмуляция): До 4 КБ.

3. Аналоговые интерфейсы (главная особенность):

   • Аналоговый фронтенд (AFE):
     • 24-битный сигма-дельта АЦП (SDADC): До 6 каналов, с поддержкой синхронной выборки.
     • Программируемый усилитель (PGA): Коэффициент усиления до 128x.
     • Встроенные источники опорного напряжения (VREF): Высокой точности.
     • Компараторы напряжения (CMP): 2-3 шт.
     • 12-битный ЦАП (DAC): 1 шт.
   • 16-битный АЦП (ADC): До 24 каналов.
   • Аналоговый компаратор.

4. Цифровые интерфейсы и периферия:

   • Таймеры: PIT, FTM/PWM, RTC с календарем, LPTMR.
   • Интерфейсы связи:
     • UART/SCI: До 6 модулей (с поддержкой LIN).
     • SPI: До 3 модулей.
     • I2C: До 3 модулей.
     • I2S: Для цифрового аудио.
   • Контроллер ЖК-дисплея (LCD): До 8x40 сегментов.
   • Аппаратный ускоритель шифрования (AES).
   • Датчик температуры.

5. Надежность и безопасность:

   • Контроль напряжения (PMC).
   • Сторожевой таймер (WDOG).
   • Генератор случайных чисел (RNG).
   • Защита от вскрытия корпуса (Tamper Detection).
   • Уникальный идентификационный номер (UID).

6. Питание:

   • Напряжение питания: 1.71 В — 3.6 В (одноступенчатое питание).
   • Режимы низкого энергопотребления: Очень низкое энергопотребление для счетчиков с батарейным питанием.

Парт-номера (Part Numbers) и совместимые модели

Модели в семействе KM3x кодируются по схеме: MKMxx V LLL R PP F N, где:

• M — серия для измерения (Metering).
• xx — тип и размер памяти (например, 3x).
• V — вариант (1, 3 и т.д.).
• LLL — объем Flash-памяти (128, 256, 512).
• R — объем RAM (4, 8, 16, 32, 64).
• PP — тип корпуса (например, LQFP, QFN).
• F — температурный диапазон (C = -40..85°C, V = -40..105°C, F = -40..125°C).
• N — вариант упаковки (трей/рулон).

Основные серии внутри KM3x:

1. KM3x (Базовые модели):

   • MKM34Z256CLL5 — 256 КБ Flash, 32 КБ RAM, 100 МГц, 64-pin LQFP.
   • MKM34Z128CLL5 — 128 КБ Flash, 32 КБ RAM, 100 МГц, 64-pin LQFP.
   • MKM34Z256CVLL5 — аналог с расширенным температурным диапазоном (-40..105°C).

2. KM3x (Модели с увеличенной памятью):

   • MKM35Z512CLL5 — 512 КБ Flash, 64 КБ RAM, 100 МГц, 64-pin LQFP.
   • MKM35Z256CLL5 — 256 КБ Flash, 64 КБ RAM, 100 МГц, 64-pin LQFP.

3. KM1x (Более простые и экономичные модели):

   • Хотя формально это подсемейство KM1x (например, MKM13Z256CLL5), оно архитектурно очень близко к KM3x, но имеет некоторые ограничения (например, меньше периферии, один 24-битный АЦП). Часто рассматривается как совместимая по выводам и ПО более бюджетная альтернатива для менее сложных задач.

Совместимые модели и аналоги:

• Внутри семейства NXP Kinetis: Модели KM3x и KM1x являются прямыми родственниками и часто имеют полную совместимость по выводам (pin-to-pin) в пределах одной группы корпусов (например, 64-pin LQFP). Это позволяет масштабировать проект вверх или вниз по функционалу и стоимости без переразводки платы.
• Прямые аналоги от других производителей:
  • STMicroelectronics: Серия STM32F37x/38x (на ядре Cortex-M4 с цифровыми сигнальными процессорами DSP и 16-битными АЦП) также позиционируется для рынка счетчиков электроэнергии, но архитектурно отличается.
  • Texas Instruments: Микроконтроллеры серии MSP430F67xx (на собственном ядре) со встроенными 24-битными сигма-дельта АЦП для метрологии.
  • Microchip (Atmel): Серия SAM4C (Cortex-M4) со встроенным AFE для счетчиков.
  • Renesas: Серия RL78/I1C (проприетарное ядро) с AFE для измерения электроэнергии.

Важное примечание: При замене на аналог от другого производителя требуется полный пересмотр схемотехники и портирование ПО, так как архитектура, периферия и регистры полностью отличаются. Внутри семейства NXP Kinetis M переход между KM1x и KM3x обычно требует минимальных изменений.

Рекомендация: Для выбора конкретной модели и проверки совместимости всегда используйте официальные инструменты:

• NXP Model Selector на сайте NXP.
• Таблицы данных (Data Sheets) и справки по совместимости выводов (Pin Compatibility Guides) для конкретных партий номеров.