IRMCK171 Datasheet

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IRMCK171 

 

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High Performance Sensorless Motor Control IC 

 
Description 

IRMCK171 is a high performance One Time Programmable ROM based motion control IC designed and 
optimized for appliance  control which contains two computation engines integrated into one monolithic 
chip. One is the Flexible Motion Control Engine (MCE

TM

) for sensorless control of permanent magnet 

motors or induction motors; the other is an 8-bit high-speed microcontroller (8051). The user can program 
a motion control algorithm by connecting these control elements using a graphic compiler. Key 
components of the complex sensorless control algorithms, such as the Angle Estimator, are provided as 
complete pre-defined control blocks. A unique analog/digital circuit and algorithm fully supports  single 
shunt or leg shunt current reconstruction. IRMCK171 comes in a 48 pin QFP package. 
 

Features 

•  MCE

TM

  (Flexible Motion Control Engine) - 

Dedicated computation engine for high 
efficiency sinusoidal sensorless motor control 

•  Built-in hardware peripheral for single  or two 

shunt current feedback reconstruction and 
analog circuits 

•  Supports induction machine and both interior 

and surface permanent magnet motor 
sensorless control 

•  Loss minimization Space Vector PWM 
•  Two-channel analog output (PWM) 
•  Embedded 8-bit high speed microcontroller 

(8051) for flexible I/O and man-machine control 

•  JTAG programming port for 

emulation/debugger 

•  Serial communication interface (UART) 
•  I2C/SPI serial interface 
•  Internal 32Kbyte OTP ROM 
•  3.3V single supply 

 

Product Summary 

Maximum clock input (fcrystal)                   60 

MHz 

Maximum Internal clock (SYSCLK) 

        128MHz 

Maximum 8051 clock (8051CLK) 

         32MHz 

MCE

TM

 computation data range              16 bit 

signed        

8051/MCE Data RAM   

                    2KB 

MCE Program RAM                               12KB 

PWM carrier frequency                  20 bits/ SYSCLK 

A/D input channels 

                               7 

A/D converter resolution                           12 bits 

A/D converter conversion speed                   

2 μsec 

Analog output (PWM) resolution                    8 bits 

UART baud rate (typ) 

                      57.6 Kbps 

Number of digital I/O (max) 

                      10                                             

Package (lead free)                             QFP48 

Maximum 3.3V operating current                  60mA                       

 

 

Base Part Number 

Package Type 

Standard Pack 

Orderable Part Number 

Form 

Quantity 

IRMCK171 

QFP 

Tray 

2500 

IRMCK171TY 

Tape and Reel 

2000 

IRMCK171TR 

 

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Table of Contents 

 

Overview ............................................................................................................................... 5 

Pinout .................................................................................................................................... 6 

IRMCK171 Block Diagram and Main Functions .................................................................... 7 

Application connection and Pin function ............................................................................... 9 

4.1 

8051 Peripheral Interface Group ................................................................................. 10 

4.2 

Motion Peripheral Interface Group .............................................................................. 11 

4.3 

Analog Interface Group ............................................................................................... 11 

4.4 

Power Interface Group ................................................................................................ 11 

4.5 

Test Interface Group ................................................................................................... 11 

DC Characteristics .............................................................................................................. 13 

5.1 

Absolute Maximum Ratings ......................................................................................... 13 

5.2 

System Clock Frequency and Power Consumption .................................................... 13 

5.3 

Digital I/O DC Characteristics ...................................................................................... 14 

5.4 

Analog I/O (IFB+,IFB-,IFBO, AIN5+,AIN5-,AIN5O) DC Characteristics ...................... 15 

5.5 

Under Voltage Lockout DC characteristics.................................................................. 16 

5.6 

Itrip comparator DC characteristics ............................................................................. 16 

5.7 

CMEXT and AREF Characteristics ............................................................................. 16 

AC Characteristics .............................................................................................................. 17 

6.1 

Digital PLL AC Characteristics .................................................................................... 17 

6.2 

Analog to Digital Converter AC Characteristics ........................................................... 18 

6.3 

Op amp AC Characteristics ......................................................................................... 19 

6.4 

SYNC to SVPWM and A/D Conversion AC Timing ..................................................... 20 

6.5 

GATEKILL to SVPWM AC Timing ............................................................................... 21 

6.6 

Itrip AC Timing ............................................................................................................. 21 

6.7 

Interrupt AC Timing ..................................................................................................... 22 

6.8 

I

2

C AC Timing .............................................................................................................. 22 

6.9 

SPI AC Timing ............................................................................................................. 23 

6.10 

UART AC Timing ......................................................................................................... 25 

6.11 

CAPTURE Input AC Timing ........................................................................................ 26 

6.12 

OTP Programming Timing ........................................................................................... 27 

6.13 

JTAG AC Timing ......................................................................................................... 28 

I/O Structure ........................................................................................................................ 29 

Pin List ................................................................................................................................ 32 

Package Dimensions .......................................................................................................... 34 

10  Part Marking Information ..................................................................................................... 35 
11  Qualification Information ..................................................................................................... 35 

 

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List of Tables 

 

Table 1 Absolute Maximum Ratings ........................................................................................... 13 
Table 2 System Clock Frequency ............................................................................................... 13 
Table 3 Digital I/O DC Characteristics ........................................................................................ 14 
Table 5 Analog I/O DC Characteristics ....................................................................................... 15 
Table 6 UVcc DC Characteristics ............................................................................................... 16 
Table 7 Itrip DC Characteristics .................................................................................................. 16 
Table 8 CMEXT and AREF DC Characteristics .......................................................................... 16 
Table 9 PLL AC Characteristics .................................................................................................. 17 
Table 10 A/D Converter AC Characteristics ............................................................................... 18 
Table 11 Current Sensing OP Amp AC Characteristics .............................................................. 19 
Table 12 SYNC AC Characteristics ............................................................................................ 20 
Table 13 GATEKILL to SVPWM AC Timing................................................................................ 21 
Table 14 Itrip AC Timing ............................................................................................................. 21 
Table 15 Interrupt AC Timing ...................................................................................................... 22 
Table 16 I

2

C AC Timing .............................................................................................................. 22 

Table 17 SPI Write AC Timing .................................................................................................... 23 
Table 18 SPI Read AC Timing .................................................................................................... 24 
Table 19 UART AC Timing ......................................................................................................... 25 
Table 20 CAPTURE AC Timing .................................................................................................. 26 
Table 21 OTP Programming Timing ........................................................................................... 27 
Table 22 JTAG AC Timing .......................................................................................................... 28 
Table 23 Pin List ......................................................................................................................... 33 

 

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List of Figures 

 

Figure 1 Typical Application Block Diagram Using IRMCK171 ........................................................................ 5 
Figure 2 Pinout of IRMCK171 ........................................................................................................................... 6 
Figure 3 Crystal circuit example ...................................................................................................................... 17 
Figure 4 Voltage droop and S/H hold time ...................................................................................................... 18 
Figure 5 A capacitor of 47pF is recommended at the output pin of all op amps. ........................................... 19 
Figure 6 SYNC timing ..................................................................................................................................... 20 
Figure 7 Gatekill timing ................................................................................................................................... 21 
Figure 8 ITRIP timing ...................................................................................................................................... 21 
Figure 9 Interrupt timing .................................................................................................................................. 22 
Figure 10 I

2

C Timing ....................................................................................................................................... 22 

Figure 11 SPI write timing ............................................................................................................................... 23 
Figure 12 SPI read timing ............................................................................................................................... 24 
Figure 13 UART timing.................................................................................................................................... 25 
Figure 14 CAPTURE timing ............................................................................................................................ 26 
Figure 15 OTP programming timing ................................................................................................................ 27 
Figure 16 JTAG timing .................................................................................................................................... 28 
Figure 17 PWMUL/PWMUH/PWMVL/PWMVH/PWMWL/PWMWH output .................................................... 29 
Figure 18 All digital I/O except motor PWM output ......................................................................................... 29 
Figure 19 RESET, GATEKILL I/O ................................................................................................................... 30 
Figure 20 Analog input .................................................................................................................................... 30 
Figure 21    Analog operational amplifier output and AREF I/O structure ....................................................... 30 
Figure 22 VPP programming pin I/O structure ................................................................................................ 31 
Figure 23 VSS and AVSS pin structure .......................................................................................................... 31 
Figure 24 VDD1 and VDDCAP pin structure .................................................................................................. 31 
Figure 25 XTAL0/XTAL1 pins structure .......................................................................................................... 31 

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1  Overview 

 

IRMCK171 is a new generation International Rectifier integrated circuit device primarily designed as a 
one-chip solution for complete inverter controlled appliance motor control applications. Unlike a traditional 
microcontroller or DSP, the IRMCK171 provides a built-in closed loop sensorless control algorithm using 
the unique flexible  Motion Control Engine (MCE

TM

) for permanent magnet motors  as well as induction 

motors.  The MCE

TM

 consists of a collection of control elements, motion peripherals, a dedicated motion 

control sequencer and dual  port RAM to map internal signal nodes. IRMCK171 also employs a unique 
single shunt current reconstruction circuit in addition to two leg shunt current sensing circuit to eliminate 
additional analog/digital circuitry and enables a direct shunt resistor interface to the IC.    Motion control 
programming is achieved using a dedicated graphical compiler integrated into the MATLAB/Simulink

TM

 

development environment. Sequencing, user interface, host communication, and upper layer control 
tasks can be implemented in the 8051 high-speed 8-bit microcontroller. The 8051 microcontroller is 
equipped with a JTAG port to facilitate emulation and debugging tools. Figure  1  shows a typical 
application schematic using the IRMCK171. 
 
IRMCK171 contains 32K bytes of OTP program ROM, The IRMCF171 contains 64K bytes of Flash RAM 
and  intended for development purposes only while the IRMCK171 is intended for volume production. 
Both the development and ROM versions come in a 48-pin QFP package with identical pin configuration 
to facilitate PC board layout and transition to mass production. 

 
 

IRMCK171

Power 

Supply

IRS2336D

PM motor

IPM or SPM

Or

IM motor

Passive

EMI

Fillter

Digital I/O

Analog Input

Host 

Communication

(RS232C)

Appliance PM 

motor Drive

3.3V

Gate signal

15V

EEPROM

6

2

8

Galvanic
isolation

Optional

 

 

Figure 1 Typical Application Block Diagram Using IRMCK171 

 

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2  Pinout 

 

Pin out shown is based on QFP48 pin package.   

17 18 19 20 21 22 23 24

25

26

27

28

29

30

31

32

15

14

16

3

12

4

11

5

6

7

8

9

10

2

1

XTAL0

XTAL1

P

1

.1

/RXD

P

1

.2

/TXD

VDD1

VSS

VDDCAP

P1.3/SYNC/SCK

P1.4/CAP

P3.2/INT0

34

35

36

33

46

37

45

38

44 43 42 41 40 39

47

48

VSS

VDDCAP

AVSS

AREF

P

2

.7

/AOPWM

1

PWMUH

PWMVH

PWMWH

PWMUL

PWMVL

PWMWL

GATEKILL

IFB

O

IFB

+

IFB

-

RESET

VPP

/P

1

.5

TCK

TDI

/P

5

.1

TDO

/P

5

.3

TMS

/P

5

.2

SDA/CS0

SCL/SO-SI

IRMCK171

(Top View)

AIN

2

CMEXT

P2.0/NMI

P1.0/T2

P

3

.0

/CS

1

13

AIN

3

AIN

4

VDD1

AIN

1

AIN

0

AIN5+

AIN

5

-

AIN5O

P

3

.3

/INT

1

P3.1/AOPWM2

 

Figure 2 Pinout of IRMCK171 

 
   

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3  IRMCK171 Block Diagram and Main Functions 

 

IRMCK171 block diagram is shown in Figure 3.   
 

Motion Control 

Sequencer

Dual Port

RAM

2kbyte

MCE 

Program 

RAM

12kbyte

Program

ROM/RAM

32kB

8

bit uP Address

/data bus

Motion Control Bus

A/D

MUX

S/H

D/A

(PWM)

Timer

Counnter0,1,2

Watchdog

Timer

Motion

Control

Modules

UART

I2C

SND

RCV

6

Low Loss

SVPWM

AIN0

GATEKILL

To IGBT 

gate drive

Mini-Motion

Control

Engine

(MiniMCE)

Monitoring

Host

Interface

Digital

I/Os

8bit (8051)

microcontroller

AIN1

AIN2

JTAG

Emulator

Debugger

4

Freq 

Synthesizer

2

Ceramic 

Resonator

(4MHz)

32MHz

AIN3

analog 

input

2

Capture

Interrupt

Control

Single Shunt 

Motor Current 

Reconstruction

From 

shunt 

resistor

Speed 

command

PORT 1

SCL

SDA

PORT 2

PORT 3

AIN4

8bit

CPU
Core

Local

RAM

2kbyte

128MHz

IFB

3

AIN5

3

 
 

Figure 3 IRMCK171 Block Diagram 

 

 

IRMCK171 contains the following functions for sensorless AC motor control applications: 
 

•  Motion Control Engine (MCE

TM

o

  Sensorless FOC (complete sensorless field oriented control) 

o

  Proportional plus Integral block 

o

  Low pass filter 

o

  Differentiator and lag (high pass filter) 

o

  Ramp 

o

  Limit 

o

  Angle estimate (sensorless control) 

o

  Inverse Clark transformation 

o

  Vector rotator 

o

  Bit latch 

o

  Peak detect 

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o

  Transition 

o

  Multiply-divide (signed and unsigned) 

o

  Divide (signed and unsigned) 

o

  Adder 

o

  Subtractor 

o

  Comparator 

o

  Counter 

o

  Accumulator 

o

  Switch 

o

  Shift 

o

  ATAN (arc tangent) 

o

  Function block (any curve fitting, nonlinear function) 

o

  16 bit wide Logic operations (AND, OR, XOR, NOT, NEGATE) 

o

  MCE

TM

 program memory and dual port RAM (max 12K+2k byte) 

o

  MCE

TM

 control sequencer 

•  8051 microcontroller 

o

  Two 16 bit timer/counters 

o

  One 16 bit periodic timer 

o

  One 16 bit watchdog timer 

o

  One 16 bit capture timer 

o

  Up to 24 discrete I/Os 

o

  Six-channel 12 bit A/D 

  Buffered (current sensing) one channel (0 – 1.2V input) 
  Unbuffered seven channels (0 – 1.2V input) 

o

  JTAG port (4 pins) 

o

  Up to three channels of analog output (8 bit PWM) 

o

  UART 

o

  I

2

C/SPI port 

o

  32K byte OTP program ROM 

o

  2K byte data RAM 

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4  Application connection and Pin function 

 

P1.2/TXD

P1.1/RXD

P1.3/SYNC/SCK

XTAL0

PWMUH

PWMUL

PWMVH

PWMVL

PWMWH

PWMWL

GATEKILL

AIN0,AIN1,AIN2, AIN3

Host 

Microcontroller

(RS232C)

Digital I/O 

Control

System

Clock

4MHz

Crystal

Analog Output

XTAL1

P1.4/CAP

P3.0/CS1

RESET

P5.1/TDI

JTAG Control

(OTP programming

& Emulation)

TCLK

P5.2/TMS

TDO

AVREF

IFBC+
IFBC-

IFBCO

Other analog input (0-1.2V)

AVDD

1.8V

AVSS

VDD1

3.3V

VSS

CMEXT

AIN5+

AIN5-

AIN5O

Optional External Voltage 

Reference (0.6V)

P2.7/AOPWM1

SCL/SO-SI

SDA/CS0

Other Communication

(I

2

C)

Frequency

Synthesizer

RS232C

I

2

C/SPI

PORT1

PORT2

RESET

PWM1

JTAG

Interface

Low Loss

Space 

Vector

PWM

S/H

S/H

8051

CPU

Dual

Port

Memory

(2kB)

&

MCE

Memory

(12kB)

Motion

Control

Modules

Motion

Control

Sequencer

12bit

A/D

&

MUX

System

clock

Local

RAM

(2kByte)

Program

RAM

(32kByte)

System

Reset

Watchdog

Timer

Timers

IRMCK171

AREF

PORT3

P1.0/T2

P1.5/VPP

P2.0/NMI

P3.2/INT0

4

3.3V

1.8V

Voltage

Regulator

VDDCAP

3.3V

P3.3/INT1

OTP

Programming

Voltage

(6.5V)

Motor

HVIC

Gate Drive

IRS2336D

AVREF

Single 

Shunt 

Current 

Sensing

 
 

Figure 4 IRMCK171 Connection Diagram 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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4.1  8051 Peripheral Interface Group 

 

UART Interface 

P1.2/TXD 

Output, Transmit data from IRMCK171 

P1.1/RXD 

Input, Receive data to IRMCK171 

 
Discrete I/O Interface 

P1.0/T2 

Input/output port 1.0, can be configured as Timer/Counter 2 input 

P1.1/RXD 

Input/output port 1.1, can be configured as RXD input 

P1.2/TXD 

Input/output port 1.2, can be configured as TXD output 

P1.3/SYNC/SCK 

Input/output port 1.3, can be configured as SYNC output or SPI clock output, 
needs to be pulled up to VDD1 in order to boot from I

2

C EEPROM 

P1.4/CAP 

Input/output port 1.4, can be configured as Capture Timer input 

P1.5/VPP 

Input/output port 1.5, or OTP programming voltage 

P2.0/NMI 

Input/output port 2.0, can be configured as non-maskable interrupt input 

P3.2/INT0 

Input/output port 3.2, can be configured as INT0 input 

P2.7/AOPWM1 

Input/output port 2.7, can be configured as AOPWM1 output 

P3.0/INT2/CS1 

Input/output port 3.0, can be configured as INT2 input or SPI chip select 1 

P3.1/AOPWM2 

Input/output port 3.1, can be configured as AOPWM2 output 

P3.3/INT1 

Input/output port 3.3, can be configured as INT1 input 

P5.1/TDI 

Input port 5.1, configured as JTAG port by default 

P5.2/TMS 

Input port 5.2, configured as JTAG port by default 

 

Analog Output Interface 

P2.7/AOPWM1 

Input/output, can be configured as 8-bit PWM output 1 with programmable 
carrier frequency 

P3.1/AOPWM2 

Input/output, can be configured as 8-bit PWM output 2 with programmable 
carrier frequency 

Crystal Interface 

XTAL0 

Input, connected to crystal 

XTAL1 

Output, connected to crystal 

 
Reset Interface 

RESET 

Input and Output, system reset, doesn’t require external RC time constant 

 
I

2

C Interface 

SCL/SO-SI 

Output, I

2

C clock output, or SPI data   

SDA/CS0 

Input/output, I

2

C Data line or SPI chip select 0 

 
I

2

C/SPI Interface 

SCL/SO-SI 

Output, I

2

C clock output, or SPI data   

SDA/CS0 

Input/output, I

2

C data line or SPI chip select 0 

P1.3/SYNC/SCK 

Input/output port 1.3, can be configured as SYNC output or SPI clock output, 
needs to be pulled up to VDD1 in order to boot from I

2

C EEPROM 

P3.0/INT2/CS1 

Input/output port 3.0, can be configured as INT2 input or SPI chip select 1 

 

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Infineon Technologies
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