金剛狼歸來，MCU邁入“無電池時代”
還記得“金剛狼(Wolverine)”嗎？這個在電影《金剛狼》中具有超強自愈能力的不死英雄，如今，又回來了！日前，德州儀器(TI)推出了號稱“全球最低功耗”的微控制器平臺——“金剛狼”，直接將應用目標鎖定在便攜式醫(yī)療、智能感知與計量、能量收集、消費電子等領域?；谠撈脚_的首批器件為MSP430FR58xx系列，預計將于2012年6月供貨。
TI全球副總裁兼微控制器業(yè)務部總經(jīng)理Scott Roller表示，該平臺由于運用了激進的節(jié)能技術(shù)，從而擁有了“金剛狼”的代號。這象征著采用新型MSP430平臺的電子產(chǎn)品具有超強的生命力，更智能、更環(huán)保的“無電池世界”很快就將成為現(xiàn)實。
TI全球副總裁兼微控制器業(yè)務部總經(jīng)理Scott Roller
該公司稱，“金剛狼”平臺的功耗與業(yè)界其它任何微控制器相比至少銳減了50%(360nA實時時鐘模式功耗和低于100μA/MHz的運行模式功耗)，其在任意場合中均可提供最低的功耗——最低的運行功耗、待機功耗、存儲器功耗和外設功耗。例如：典型的電池供電型應用其99.9%的時間都處于待機模式，而基于“金剛狼”的微控制器在待機模式中的功耗僅為360nA，可使電池壽命延長一倍以上。
Roller用“無人能及，實實在在”八個字來形容這款產(chǎn)品，并將“獨特的超低漏電(ULL)工藝技術(shù)”、統(tǒng)一型FRAM和MSP430超低功耗系統(tǒng)傳統(tǒng)優(yōu)勢、外設及軟件列為“金剛狼”實現(xiàn)超低功耗的三大獨門秘籍。“我們的ULL技術(shù)可提供10倍以上的漏電指標改善幅度及優(yōu)化的混合信號性能。改進的130nm工藝技術(shù)、超低功耗MSP430架構(gòu)以及所整合的30多種功耗優(yōu)化型模擬和數(shù)字組件，只不過是成就功耗大幅下降的諸多綜合要素當中的幾個?！?BR>
另一個值得關注之處在于，“金剛狼”微控制器通過利用存儲器FRAM，使得運行模式中的工作電流可低于100μA/MHz，并號稱與基于閃存和EEPROM的微控制器相比，其每位能耗可下降約250倍。再加之FRAM擁有100%非易失性屬性，這就使開發(fā)人員既能獲得SRAM的低功耗、高速度和靈活性，同時又可以享受到Flash重要的無供電存儲能力。
10多年來，MSP430超低功耗平臺一直是TI在MCU領域攻城拔寨的利器，不但具有6.5μs的快速喚醒時間和高精度外設(如內(nèi)部電源管理及一個流耗為75μA的12位ADC)，而且所有的MSP430 MCU也都可借助MSP430Ware軟件和資源庫，以及低功耗代碼優(yōu)化軟件工具而得以擴充。Roller表示，MCU軟件包括IDE編譯器和高度器、模塊化代碼、軟件堆棧與程序庫、基于GUI代碼生成工具、開發(fā)網(wǎng)絡等，硬件和軟件開發(fā)工程師之比從2009年的4:9升至2010年的5:14，軟件已經(jīng)成為客戶采購的重要考慮因素。
“沒有金剛鉆，不攬瓷器活”
從M0到M4，隨著大批半導體廠商紛紛加入ARM陣營，一個通用的Cortext M內(nèi)核時代似乎已經(jīng)到來。日前，該陣營再添一員悍將，Silicon Laboratories(芯科實驗室)正式宣布推出基于ARM Cortex-M3處理器的新型Precision32 MCU系列產(chǎn)品，號稱是“業(yè)界最靈活易用的32位混合信號MCU”，能夠為32位MCU市場帶來前所未有的設計靈活性。
1999年，Silicon Labs依靠收購Cygnal Integrated Products公司進入MCU領域，在8位市場耕耘數(shù)載，頗有收獲。此番高調(diào)進軍競爭激烈的32位市場，自然是“沒有金剛鉆，不攬瓷器活”。但為什么沒有選擇眼下大熱的M4內(nèi)核？該公司單片機產(chǎn)品線總經(jīng)理Mike Salas給出的解釋是，在經(jīng)過大量調(diào)查之后發(fā)現(xiàn)，Silicon Labs認為目前的M3市場遠沒有達到飽和狀態(tài)，公司還有大量的市場空間。
Silicon labs單片機產(chǎn)品線總經(jīng)理Mike Salas
Salas表示，要想實現(xiàn)業(yè)界最靈活的32位ARM單片機，就必須要克服設計中的8個關鍵挑戰(zhàn)：首先是縮短設計時間，其次是外設規(guī)劃，接下來依次為模擬性能、系統(tǒng)級規(guī)劃、減少BOM成本、簡化設計、最小化功耗和上市時間?！拔覀兪冀K堅信，未來創(chuàng)新應該是應用驅(qū)動性而不是技術(shù)驅(qū)動性?！盡ike強調(diào)說，“尤其是在使用同一內(nèi)核的市場上，產(chǎn)品競爭非常激烈，如何實行產(chǎn)品開發(fā)的差異化、本地化以及如何提升產(chǎn)品的性價比，正成為半導體廠商2012年必須面對的挑戰(zhàn)。”
為何將“縮短設計時間”列為八大挑戰(zhàn)之首？他進一步解釋說，如今嵌入式開發(fā)人員既要在有限時間內(nèi)滿足復雜和多變的設計需求，同時也要滿足嚴格的成本和功耗預算。目前許多32位MCU產(chǎn)品缺乏一定的架構(gòu)靈活性，尤其是引腳和外設位置分配，更加大了產(chǎn)品設計難度?；诖?，通過利用Silicon Labs專利的雙crossbar技術(shù)和基于GUI的AppBuilder軟件，開發(fā)人員能夠更容易的選擇所需模擬和數(shù)字外設，并為外設分配引腳，從而簡化PCB布線，最大程度減少PCB層數(shù)，并最終降低系統(tǒng)成本。
Silicon Labs此番將Precision32系列定義為“混合信號MCU”，自然是希望通過把模擬/混合信號方面的專業(yè)經(jīng)驗應用到新型的32位MCU，使其具備精確模擬外設功能集和靈活的I/O系統(tǒng)。但其實，目前相當多的MCU廠商也在模擬和外設的集成方面鉚足了功夫，Silicon Labs到底強在哪里？
Salas認為，僅以外設為例，就能看出Precision32系列具備的競爭優(yōu)勢：
1.集成先進鎖相環(huán)(PLL)的精密振蕩器，無需昂貴的8MHz晶體，可以為無外部晶體的USB操作提供所需的高精度時鐘，同時內(nèi)核可以獨立工作在1-80MHz任何頻率。
2.內(nèi)部5V電壓調(diào)節(jié)器使MCU可直接從USB或5V電源供電，無需外部穩(wěn)壓器。
3.六個高驅(qū)動I/O(每個高達300mA)，可直接驅(qū)動高功率LED、小馬達、蜂鳴器和功率MOSFET，并可以作為升壓轉(zhuǎn)換控制器。[!--empirenews.page--]
4.電容觸摸通道多達16個，減少按鍵、滑動條或滾輪應用中額外需要的觸摸傳感器IC。
5.完整的USB2.0 PHY和模擬前端，可直接連接到USB控制器接口，而其他大多數(shù)MCU需要外部USB上拉電阻和終端電路。
功耗方面，Silicon Labs提供的資料顯示，與其它同類32位方案相比，Precision32系列的工作電流最高可減少33%(在80MHz時22mA或275μA/MHz)，休眠電流降低100倍(0.35μA，啟動RTC并且4KB RAM內(nèi)容保留)。此外，多種電源模式和時鐘選項使開發(fā)人員能夠在特定性能水平下，優(yōu)化嵌入式設計并達到最低功耗。
Precision32系列產(chǎn)品包括32位SiM3U1xx和SiM3C1xx MCU產(chǎn)品，具有引腳兼容的集成USB和非集成USB功能選項。通過提供高度集成的靈活架構(gòu)，以及豐富的外設集、超低功耗和可免費下載的基于Eclipse開發(fā)工具，Precision32系列產(chǎn)品適用于各種應用領域，包括便攜式醫(yī)療裝置、銷售終端外設、電機控制、工業(yè)監(jiān)控、條碼掃描儀、光學觸摸屏接口、傳感控制器和家庭自動化系統(tǒng)等。
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