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AMG-XB404

Fully Integrated Single Motor Controller for Electrical Motors

1. Functional Description of the AMG-XB404

The AMG-XB404 is a feature rich SoC, providing a single chip solution for motor control, including

Digital Motor Control Engine (DMCE), Power Factor Correction (PFC), high level system control

MCU, and Switch Mode Power Supply (SMPS). The IC's multi-core design enables parallel

execution of all system functions while keeping the MCU load to a minimum. The DMCE includes a

processing unit, PWM generator, and power stage driver allowing for sensorless drive. The AMG-

XB404's switching power supply circuit, which includes software adjustable switching frequency,

requires the IC to only have a single, low-grade power supply.

2. Features



Supply voltage: 4.5VDC...5.5VDC

SoC for asynchronous & synchronous motors

Independent DMCE, PFC, MCU, SMPS

AVR compatible 8 bit MCU with 32kB program memory

Over-current protection with single shunt current control

Fully digital, programmable PFC controller

Internal ±2% RC-oscillator

Built-in oscillator for external crystal or resonator (optional)

Software-adjustable clock frequency FLL

10-bit 2-MSPS multiplexed ADC

Integrated switching power supply (SMPS)

Integrated EEPROM memory

17 GPIO (3 thereof which can be analog)

Ambient temperature range: -25°C...85°C

Package: LQFP68 – Body size: 10mm x 10mm x 1.4mm

RoHS compliant

AMG-XB404

Revision: A

2. Nov. 2012

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AMG-XB404

Fully Integrated Single Motor Controller for Electrical Motors

3. Application

HVDC

15V

DRV

15V

AMG-XB404

Digital

PFC

EEPROM

AVR comp.

MCU

SMPS

15V

DRV

ADC

15V

VDC

Digital

Motor

Control

Engine

GND

SPI

UART TWI

Power

Stage

GND

Figure 1: AMG-XB404 Simplified Application Circuit

AMG-XB404

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2. Nov. 2012

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AMG-XB404

Fully Integrated Single Motor Controller for Electrical Motors

Table of Contents

1. Functional Description of the AMG-XB404................................................................................... 1

2. Features....................................................................................................................................... 1

3. Application.................................................................................................................................... 2

4. Block Diagram.............................................................................................................................. 6

5. Block Descriptions........................................................................................................................ 7

5.1. System SPI Unit and On-Chip Bus................................................................................................. 7

5.2. IO Expander.................................................................................................................................... 9

5.2.1. IC Revision Information................................................................................................... 9

5.2.2. Test Modes, EEPROM Self-Programming Mode, Lock Indicator, Clock Control..............9

5.2.3. Power Output Polarity and Over-Current Flag Control for DMCE.................................... 9

5.2.4. Switching Controller PWM Frequency........................................................................... 10

5.2.5. Polarity of the PFC Switching Signal............................................................................. 10

5.2.6. PWM Frequency Setting for DMCE............................................................................... 10

5.2.7. FLL Configuration and Status........................................................................................ 10

5.2.8. U, V, W Phase Feedback Monitor................................................................................. 10

5.2.9. ADC Offset Calibration Data.......................................................................................... 11

5.2.10. PFC, DMCE and ADC Software Controlled Reset Signals.......................................... 11

5.2.11. Operational Amplifier Power Down Signals.................................................................. 11

5.2.12. SPI Unit Low-Pass Filter Settings................................................................................ 11

5.2.13. Assignment of Power Outputs and High Voltage Read-Back Pins............................... 11

5.2.14. DMCE and PFC Driver Signal Read-Back.................................................................. 12

5.2.15. Band Gap Reference Tuning Setting........................................................................... 12

5.2.16. OFI Direct Read-Back................................................................................................. 12

5.2.17. EEPROM Direct Access.............................................................................................. 12

5.2.18. MCU-Accessible Engineering Mode Enable................................................................ 12

5.2.19. ADC TUN Mode, DMCE Value Offset Selection.......................................................... 12

5.2.20. ADC Sample Triggers for Test, Supply Voltage, and Temperature............................... 12

5.2.21. IO Expander Overview................................................................................................ 13

5.2.22. Interrupt Controller...................................................................................................... 14

5.2.23. Status Register........................................................................................................... 16

5.3. Analog Data Aquisition Unit (ADAQ)............................................................................................. 16

5.3.1. ADC Interface................................................................................................................ 16

5.3.2. Analog Input Signal Ranges.......................................................................................... 17

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Fully Integrated Single Motor Controller for Electrical Motors

5.3.3. Triggering Analog Signal Acquisition............................................................................. 18

5.3.4. Accessing ADC Sample Data, ADC Interrupts............................................................... 19

5.4. Digital Motor Control Engine (DMCE)........................................................................................... 21

5.4.1. Motor Control Processing Unit (MCPU)......................................................................... 22

5.4.2. Register File.................................................................................................................. 23

5.4.3. PWM Unit...................................................................................................................... 23

5.4.4. Accessing the DMCE via the On-Chip Bus.................................................................... 24

5.4.5. Power Stage Over-Current Protection........................................................................... 26

5.5. Power Factor Correction Controller (PFC).................................................................................... 27

5.5.1. PFC Instruction Set Description.................................................................................... 29

5.5.2. PFC Data Memory Description...................................................................................... 30

5.5.3. Accessing the PFC Controller via the On-Chip Bus....................................................... 33

5.6. Switch Mode Power Supply (SMPS).............................................................................................35

5.7. Micro Controller Unit (MCU).......................................................................................................... 37

5.7.1. Programming and Debug Interface............................................................................... 37

5.7.1.1. Program Memory Initialization................................................................................ 38

5.7.1.2. Shadow SRAM Reads and Writes.......................................................................... 39

5.7.1.3. EEPROM Rads and Writes.................................................................................... 39

5.7.1.4. March C- SRAM Test.............................................................................................. 42

5.7.1.5. EEPROM Calibration and User Data Space........................................................... 42

5.7.1.6. Debug Interface...................................................................................................... 44

5.7.2. General Purpose Input Output Interface (GPIO)........................................................... 44

5.7.3. Universal Asynchronous Receiver Transmitter Interface (UART).................................. 47

5.7.4. Serial Parallel Interface (SPI)........................................................................................ 48

5.7.5. Two Wire Interface (TWI).............................................................................................. 49

5.7.6. General Purpose Timers............................................................................................... 52

5.7.7. Watchdog Timer............................................................................................................ 53

5.8. System Clock................................................................................................................................ 55

5.9. Power-On and System Reset........................................................................................................56

5.10. On-Chip Bus Register Summary.................................................................................................58

5.11. MCU Instruction Set.................................................................................................................... 59

6. Pinning....................................................................................................................................... 65

7. Absolute Maximum Ratings........................................................................................................ 66

8. Electrical Characteristics............................................................................................................ 67

8.1. Operational Range........................................................................................................................ 67

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AMG-XB404

Fully Integrated Single Motor Controller for Electrical Motors

8.2. DC Characteristics........................................................................................................................ 67

8.3. AC Characteristics......................................................................................................................... 68

8.4. ADC Characteristics...................................................................................................................... 68

8.5. Supply Current Characteristics..................................................................................................... 69

8.6. Logic-Level Characteristics........................................................................................................... 69

9. IC-Package................................................................................................................................. 70

10. IC-Marking................................................................................................................................ 71

11. Packing Specification................................................................................................................ 71

12. Notes and Cautions.................................................................................................................. 72

12.1. ESD Protection............................................................................................................................72

12.2. Storage Conditions...................................................................................................................... 72

13. Disclaimer................................................................................................................................. 72

14. Contact Information.................................................................................................................. 73

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