Dopo oltre ventisette anni di attività, Maxim Integrated Products ha deciso per la prima volta di organizzare nella propria sede centrale un incontro plenario rivolto alla stampa specializzata internazionale e agli analisti, con la partecipazione del Ceo Tunç Doluca e dei manager che dirigono tutte le principali divisioni della società. L’evento, che ha avuto luogo a Sunnyvale lo scorso 28 settembre, ha offerto una mole di informazioni davvero impressionante: Maxim, infatti, è attiva in moltissimi settori applicativi diversi e dispone, per ciascuno di essi, di soluzioni innovative e competitive.
Smart grid e dintorni
Una delle aree su cui oggi maggiormente si concentra l’attenzione della società californiana è rappresentata dalla cosiddetta “smart grid”, la rete di distribuzione dell’energia elettrica che consente (o consentirà, in un futuro prossimo) di gestire al meglio i consumi grazie a un capillare scambio di informazioni tra i carichi e la società che gestisce il servizio. L’attività di Maxim in questo campo riguarda diverse applicazioni, tra cui i contatori intelligenti: i chip della società sono presenti all’interno di 70 milioni di contatori già installati, cifra che corrisponde a una quota di mercato del 25% (fonte: Maxim). Nel corso degli anni la società ha aumentato il livello di integrazione della propria soluzione, oggi basata su un SoC a segnali misti che offre vari vantaggi: alta precisione di misura, una piattaforma unificata per diversi contatori, programmabilità della metrologia, riduzione del numero totale dei componenti. Attualmente Maxim sta mettendo a punto la quarta generazione dei propri prodotti, che consentirà di fare a meno del trasformatore di corrente e migliorare le caratteristiche del contatore sotto vari aspetti: minore quantità di rame, dimensioni complessive più ridotte, minore autoconsumo, maggiore resistenza alle manomissioni. Tramite l’acquisizione della società Teridian, inoltre, Maxim ha fatto il proprio ingresso nel mercato dei dispositivi rivolti alla misura e comunicazione di tutti i parametri del consumo elettrico: tensione, corrente, potenza attiva/reattiva/apparente, distorsione armonica totale e fattore di potenza. Oltre a consentire un miglior controllo sui consumi, queste misure permettono di svolgere anche altre funzioni, come la manutenzione predittiva degli apparecchi alimentati. Il fattore di potenza, ad esempio, fornisce indicazioni sullo stato di salute dei grandi climatizzatori. Secondo Maxim l’impiego di queste misure è destinato a estendersi gradualmente dai grandi data center agli edifici commerciali e industriali, quindi ai grandi elettrodomestici e poi alle abitazioni nel loro complesso. Nel caso di singoli sistemi come gli elettrodomestici, la disponibilità di un chip appositamente dedicato a queste misure e alla comunicazione dei dati rilevati offre vari vantaggi. L’offerta Teridian nel campo dei SoC per il monitoraggio dei consumi elettrici comprende i dispositivi della famiglia 78M661x.
Maxim è inoltre molto attiva nel campo dei chip rivolti alla powerline communication, cioè alle soluzioni che consentono di utilizzare i cavi dell’energia elettrica per trasmettere i dati provenienti/destinati ai contatori intelligenti e, in prospettiva, per realizzare la smart grid. L’uso delle onde convogliate sui cavi dell’energia offre vari vantaggi rispetto alla creazione di reti dati ad hoc, siano esse cablate o wireless, ma le tradizionali soluzioni Plc soffrono di varie limitazioni: i trasformatori bloccano la propagazione del segnale, la velocità di trasmissione è insufficiente per la gestione attiva dei carichi, la banda utilizzata può interferire con le radio AM. Per superare questi problemi Maxim ha messo a punto una nuova soluzione a banda stretta denominata G3-PLC, basata su Ofdm (Orthogonal frequency-division multiplexing), che impiega solo frequenze inferiori alla banda AM. Secondo la società, la Ofdm consente di raggiungere velocità di trasmissione molto più alte rispetto alla Fsk (Frequency-shift keying) utilizzata nelle soluzioni tradizionali, anche in presenza di un rapporto segnale/rumore molto più sfavorevole. La nuova soluzione consente inoltre di inviare dati attraverso i trasformatori. L’offerta G3-PLC comprende tre diversi chipset per modem rivolti ad applicazioni che spaziano dalla smart grid all’automazione industriale. Il chipset MAX2990/91, ad esempio, permette di raggiungere una velocità effettiva di 100 kbps utilizzando una portante compresa nella banda 10-490 kHz. In concreto la soluzione consente ai gestori del servizio elettrico di ridurre drasticamente il numero di ripetitori e concentratori necessari per realizzare la rete dati: ad esempio, su una linea a bassa tensione con un intervallo di interrogazione del contatore di 15 minuti, un solo concentratore G3 può gestire oltre diecimila abitazioni, contro le 45 della soluzione tradizionale. Maxim è attivamente impegnata per fare della tecnologia G3 uno standard riconosciuto da Ieee, Itu, Iec e Cenelec.
Gestione dell’alimentazione
La gestione dell’alimentazione costituisce da sempre uno dei cavalli di battaglia di Maxim, che è presente con i propri circuiti integrati in una grande varietà di sistemi elettronici. Per quanto riguarda gli smartphone, una categoria di prodotti in forte espansione, l’offerta della società tiene conto delle tendenze in atto: la riduzione delle dimensioni della scheda elettronica (oggi molto più piccola per fare spazio a una batteria più grande e per la necessità di evitare sovrapposizioni con la batteria stessa) e l’aumento della potenza di calcolo (attualmente questi sistemi portatili utilizzano processori dual core con clock a 1 GHz). Il principale vantaggio offerto dalle soluzioni Maxim consiste nel maggiore livello di integrazione: uno stesso chip MAX8906, ad esempio, gestisce infatti l’alimentazione di entrambi i processori (application processor e baseband processor), con conseguenti riduzioni degli ingombri e dei costi. Dispositivi come il MAX8903A, invece, gestiscono la ricarica della batteria riducendo tempi e temperature. Il chip MAX8989, infine, governa l’alimentazione dell’amplificatore di potenza RF dosando l’energia in funzione delle reali necessità e ottenendo così un prolungamento del tempo di conversazione: due ore in più per lo standard Gsm, mezz’ora per Wcdma (rispetto al caso di alimentazione diretta da batteria). In prospettiva un singolo circuito integrato Maxim potrà gestire l’alimentazione di tutti i componenti all’interno di uno smartphone.
La società di Sunnyvale ha inoltre sviluppato una tecnica molto precisa per stimare lo stato di carica della batteria, una funzione necessaria nei sistemi portatili per sfruttare al meglio l’energia disponibile. Si tratta di un compito piuttosto difficile, poiché il comportamento della batteria dipende da molti fattori (carico, temperatura, età) e inoltre i parametri osservabili - come la tensione erogata - sono poco significativi per determinare l’autonomia residua. La soluzione ideata da Maxim, la tecnologia ModelGauge, consiste in una simulazione in tempo reale che tiene conto del comportamento non lineare della batteria, senza necessità di un rilevamento della corrente. Attualmente la tecnica ModelGauge è implementata nel chip MAX17040, che consente di realizzare una soluzione con pochi componenti esterni, senza necessità di calibrazione e con un autoconsumo molto basso. Secondo Maxim, inoltre, le stime di ModelGauge sono più precise rispetto alle soluzioni concorrenti. La società ha recentemente messo a punto una tecnologia ancora più precisa, battezzata ModelGauge m3, che si avvale anche di un Coulomb-counter: in questo caso l’errore di stima è inferiore al 2%.
Sempre in tema di gestione dell’alimentazione, Maxim offre anche soluzioni rivolte ai grandi sistemi come server e apparati di rete (switch, router, stazioni base delle reti wireless) ecc. applicazioni in cui l’aspetto dei consumi energetici ha assunto oggi una grandissima importanza. Le difficoltà in questo campo riguardano l’impiego di molte linee di alimentazione diverse all’interno di uno stesso sistema (anche una sessantina, nei server), con la conseguente necessità di un sequencing intelligente; occorre inoltre azionare le ventole alla minima velocità possibile (anche il raffreddamento consuma energia) e in caso di guasti dovuti all’alimentazione deve essere possibile effettuare analisi per risalire alle loro cause. Il chip MAX34440 svolge tutte le funzioni di monitoraggio e gestione dell’alimentazione all’interno dei server (margiging, trimming, sequencing, su sei canali) e svolge inoltre la funzione di “scatola nera” registrando in modo non volatile 800 millisecondi di informazioni riguardanti tensione e corrente. Il chip MAX34441 affianca alle funzioni citate (su cinque canali) anche il controllo della ventola basato sulla temperatura rilevata dal diodo termico del processore. Entrambi i dispositivi sono dotati di interfaccia PMBus.
L’esperienza di Maxim nel campo della gestione dell’alimentazione viene ora messa anche al servizio dei veicoli ibridi ed elettrici. In questo tipo di applicazioni è necessario un accurato monitoraggio delle batterie agli ioni di litio, per raggiungere la migliore utilizzazione dell’energia disponibile e per garantire la sicurezza. La soluzione Maxim si basa sui dispositivi MAX11068 e MAX11080: il primo svolge le funzioni di analog front-end di misura a 12 canali (per gestire fino a 12 celle) con bilanciamento di cella passivo integrato, il secondo svolge funzioni ridondanti di protezione dai guasti, in particolare monitoraggio di sovratensioni e sottotensioni, sempre su 12 canali. Questi dispositivi sono conformi agli standard di immunità al rumore e possono essere collegati tra loro in configurazione daisy chain. È inoltre in preparazione un dispositivo (MAX17830) conforme allo standard Iso 26262 che svolgerà le funzioni di analog front-end di misura a 12 canali con driver per il bilanciamento esterno delle celle. In futuro anche i chip rivolti al monitoraggio delle batterie per veicoli elettrici saranno dotati della tecnologia ModelGauge. Per quanto riguarda le applicazioni pratiche va segnalata la collaborazione tra Maxim e la società californiana OptaMotive, che ha realizzato un veicolo elettrico a tre ruote di impostazione sportiva.
Convertitori analogico-digitale
Un altro campo tradizionalmente congeniale a Maxim è quello dei convertitori analogico-digitale. L’evento di Sunnyvale ha consentito alla società di sottolineare le innovazioni riguardanti due specifici settori applicativi dei propri Adc, la già citata “smart grid” e la sensoristica. Per quanto riguarda il primo dei due settori Max
im offre convertitori analogico-digitale appositamente rivolti alla misura dei parametri elettrici. Questa funzione richiede dispositivi dotati di una risoluzione di 16 bit e capaci di operare su più canali contemporaneamente; il primo requisito discende dall’ampiezza della gamma dinamica richiesta (i convertitori devono essere in grado di rilevare variazioni dello 0,06% sulla tensione nominale, cioè 0,132 volt, ma anche sovratensioni fino a 6 kilovolt), mentre il secondo dalla necessità di confrontare le grandezze relative alle tre fasi più il neutro, per un totale di otto canali. L’offerta di Maxim in questo campo comprende il convertitore MAX11046 ad approssimazioni successive, a 16 bit e otto canali (unico nel proprio genere, secondo la società), e il convertitore delta-sigma MAX11040 a 24 bit e quattro canali. Il citato MAX11046 si caratterizza anche per il rapporto segnale/rumore di 92 dB e un’impedenza d’ingresso estremamente elevata, che consente di fare a meno di costosi amplificatori operazionali di precisione; la possibilità di trattare segnali bipolari, inoltre permette di evitare il level shifter.
In campo industriale Maxim realizza convertitori analogico/digitale rivolti ai sensori con uscita 4-20 mA. Il chip MAX11200 offre una serie di caratteristiche qualificanti tra cui un Enob (Effective Number Of Bits) molto alto, un consumo di soli 230 microampere, un numero ridotto di pin di controllo che riduce il costo degli optoisolatori, il Gpio integrato, le piccole dimensioni ecc. Per facilitare l’integrazione del convertitore direttamente nell’involucro che ospita il sensore, Maxim inoltre messo a punto alcuni dispositivi in contenitore chip-scale: si tratta del MAX11644-47, un Sar a 12-10 bit, e del MAX11100-2, un Sar a 16-14 bit, 1 canale, 200 ksps. Il contenitore di quest’ultimo dispositivo, ad esempio, misura 1,6 x 2,2 x 0,5 millimetri.
Audio e video
Anche le applicazioni audio e video rientrano nel raggio d’azione di Maxim; le soluzioni presentate nel corso dell’evento di Sunnyvale, in particolare, si rivolgono rispettivamente alle automobili e all’elettronica di consumo. Per quanto riguarda il primo settore, Maxim ha recentemente realizzato amplificatori audio in classe D rivolti agli autoveicoli. Ricordiamo brevemente che gli amplificatori in classe D ricreano la forma d’onda tramite la modulazione della larghezza degli impulsi, cioè funzionano in modo simile agli alimentatori switching. La classe D offre un’efficienza energetica molto superiore alle classi A e AB, un aspetto che – oltre ad andare nella direzione di un contenimento dei consumi – si traduce in una minore dissipazione di calore; diviene quindi possibile utilizzare alette di raffreddamento più piccole e collocare l’amplificatore là dove fa più comodo, con vantaggi a livello di cablaggio. Gli amplificatori in classe D richiedono però alcuni accorgimenti per limitare gli effetti negativi delle commutazioni (l’emissione di onde elettromagnetiche, la distorsione armonica) e per garantire la compatibilità con le basse tensioni di alimentazione presenti a bordo dei veicoli. I chip MAX13300/1/2, che offrono un’efficienza del 90% a un terzo della potenza massima, si caratterizzano per emissioni Emi accettabili anche senza schermatura, una distorsione armonica totale dello 0,1% a 1 kHz e un rumore in uscita di 70 microvolt. I dispositivi accettano inoltre tensioni di alimentazioni comprese tra 6 e 18 volt e sono dotati di numerose funzioni di protezione e monitoraggio.
Per quanto riguarda le applicazioni video nell’elettronica di consumo, Maxim ha recentemente messo a punto soluzioni dedicate allo standard Whdi (Wireless Home Digital Interface) che consente la trasmissione di video digitale ad alta definizione, non compresso, su una banda intorno ai 5 GHz. Questo standard si rivolge sia all’eliminazione dei cavi nel collegamento tra apparecchi vicini, sia al trasporto del segnale video da una stanza all’altra. L’offerta Maxim comprende tre chip destinati rispettivamente alla realizzazione di trasmettitori, ricevitori e Dfs. La soluzione messa a punto dalla società californiana si caratterizza per la compatibilità Dfs, una larghezza di canale pari a 40 MHz (per la trasmissione di un segnale video 1080p a 60 Hz), una figura di rumore di 4,5 dB e il basso consumo. Trasmettitori e ricevitori possono assumere la forma di schede destinate a contenitori ad hoc, oppure schede Dmc (Display mini-card) o chiavette Usb.
Maxim ha inoltre messo a punto una soluzione per l’integrazione di Skype nei televisori. Si tratta di una possibilità che attualmente attira l’interesse di molti produttori di televisori, insieme ad altre funzioni della futura “smart Tv” quali la possibilità di impartire comandi all’apparecchio tramite la voce o i gesti. L’integrazione di Skype richiede (oltre a una telecamera e a vari microfoni) la compressione video H.264, la possibilità di visualizzare sullo schermo anche l’immagine trasmessa (in una piccola finestra di preview), la capacità di funzionare con basse velocità di connessione Internet e in condizioni di scarsa illuminazione della scena ripresa. La soluzione messa a punto da Maxim è basata sull’encoder video MAX64180 (H.264) e sul convertitore Adc audio MAX9867. Il sistema, comprendente una telecamera e quattro microfoni, offre una comunicazione video in definizione 720p30 (aumentabile fino a 1080p), una preview basata su Mjpeg, funzioni di “electronic Pan Tilt and Zoom”, ottime prestazioni con basse velocità di trasmissione e scarsa illuminazione, software audio e video integrato.
Soluzioni per ogni applicazione
Oltre ai settori fin qui citati, Maxim è attiva anche in molti altri ambiti applicativi con una varietà di nuovi prodotti. Tra le soluzioni più innovative presentate a Sunnyvale è certamente compreso un Real Time Clock basato su Mems, dispositivo nato dalla collaborazione con la società SiTime. In sostanza, in questo circuito l’oscillazione a frequenza costante non è ottenuta tramite un tradizionale cristallo di quarzo, bensì dalla vibrazione di un elemento meccanico di silicio che funziona in base a un principio piezoelettrico. Grazie a un circuito di compensazione collocato nello stesso contenitore (necessario per tenere conto degli effetti dovuti alle variazioni di temperatura nella gamma compresa tra –40 e +85 gradi), l’orologio Mems raggiunge una precisione di 3,5 ppm, pari a un errore di 110 secondi su un anno. Il dispositivo assorbe meno di 3,5 microampere e comprende complete funzionalità di calendario fino all’anno 2100. Secondo Maxim, gli orologi Mems offrono molti vantaggi rispetto ai tradizionali dispositivi al quarzo, tra cui un costo inferiore (richiedono infatti meno operazioni di assemblaggio), minori dimensioni, elevata resistenza a urti e vibrazioni, lunga affidabilità nel tempo.
Nel campo dell’illuminazione, invece, Maxim offre vari dispositivi rivolti alla realizzazione di lampade Led regolabili tramite dimmer. Com’è noto i Led stanno rapidamente guadagnando terreno nelle applicazioni di illuminazione, ma con alcune criticità tra cui lo sfarfallio (flicker) nel caso di pilotaggio tramite i dimmer che sono stati progettati per lampade tradizionali. I chip messi a punto da Maxim vengono utilizzati nell’ambito di piccole schede Pcb da collocare all’interno delle lampade Led per renderle compatibili con i dimmer tradizionali. L’offerta comprende tre diversi dispositivi (MAX16834, MAX16840 e PF80) rivolti alle lampade dei formati Par, A-Globes, MR16 e AR111; le soluzioni sono compatibili con il 99% dei dimmer e dei trasformatori presenti sul mercato (fonte: Maxim) e consentono di attenuare la luminosità fino all’1% del valore massimo, senza flicker. I chip inoltre permettono di realizzare schede prive di condensatori elettrolitici e quindi dotate di un lunga vita operativa (l’elettronica integrata nella lampada deve essere longeva quanto il Led). La società offre progetti di riferimento ad uso dei costruttori di lampade, non necessariamente esperti di elettronica.
Per quanto riguarda le soluzioni rivolte ai sistemi portatili, Maxim realizza un sensore di luce ambientale utilizzabile, ad esempio, per regolare la luminosità dei display. Il dispositivo, denominato MAX9635, ha un profilo di sensibilità uguale a quello dell’occhio umano, offre una risoluzione di 22 bit, comprende un’interfaccia I2C e si caratterizza per una serie di particolarità che semplificano l’integrazione a livello di sistema: il consumo ridotto (solo 1 microampere) consente di lasciarlo sempre attivo, la selezione automatica della gamma di luminosità riduce lo scambio di dati con il sistema, la possibilità di alimentazione a 1,7 volt permette di utilizzare la stessa linea per il sensore e per l’interfaccia I2C. Il sensore, inoltre, è in grado di emettere interrupt in caso di letture anomale, il che consente di evitare le interrogazioni periodiche.
Un cenno, infine, agli altri settori applicativi in cui Maxim è presente con soluzioni innovative e competitive, che qui non possono essere illustrate nei dettagli per motivi di spazio: l’elenco comprende i Dac Rf per Tv via cavo, le interfacce per schermi tattili, i chip di I/O ad alta velocità utilizzati per realizzazione i sistemi di archiviazione dati (storage), la sicurezza dei sistemi embedded, i front end per sistemi a ultrasuoni (ecografi).
