運(yùn)用32位高集成度混合信號微控制單元簡化系統(tǒng)設(shè)計

ARM Cortex內(nèi)核改變了MCU產(chǎn)品的傳統(tǒng)形態(tài)，畢竟通用的標(biāo)準(zhǔn)有助于減少整體系統(tǒng)成本、降低設(shè)計復(fù)雜度并縮短開發(fā)時間。開發(fā)人員在為特定設(shè)計選擇MCU時需考慮諸多因素，如存儲大小、輸入輸出引腳數(shù)量、通信接口等。然而，在多種基于ARM標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)核的MCU產(chǎn)品都滿足基本需求的情況下，SILICon Labs認(rèn)為開發(fā)人員可從下列因素中進(jìn)一步縮小選擇范圍，例如：混合信號集成度、可配置性、功耗和開發(fā)難度等。Silicon Labs期望通過Precision32系列產(chǎn)品，重塑32位MCU產(chǎn)品領(lǐng)域的多功能、一體化、高能效和易用特性。

集成多種外設(shè)降低系統(tǒng)成本

Precision32結(jié)合了Cortex-M3 CPU和多種模擬組件，主要包括：兩個12位ADC、兩個10位DAC、一個振蕩器、一個16通道觸摸傳感器，以及Flash閃存、定時器、計數(shù)器和串行接口等(圖1)，適用于包括便攜式醫(yī)療裝置、銷售終端外設(shè)、電機(jī)控制、工業(yè)監(jiān)控、條碼掃描儀、光學(xué)觸摸屏接口、傳感控制器和家庭自動化系統(tǒng)等應(yīng)用在內(nèi)的各種領(lǐng)域。

圖1，Precision32 MCU框圖。

據(jù)介紹，該系列產(chǎn)品外設(shè)集成度較高，集成了先進(jìn)鎖相環(huán)(PLL)的精密振蕩器，而無需昂貴的8MHz晶體，可為無外部晶體的USB操作提供所需的高精度時鐘，同時內(nèi)核可以獨(dú)立工作在1MHz~80MHz任何頻率;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;六個高驅(qū)動I/O(每個高達(dá)300mA)，可直接驅(qū)動高功率LED、小馬達(dá)、蜂鳴器和功率MOSFET，并可以作為升壓轉(zhuǎn)換控制器;電容觸摸通道多達(dá)16個，減少按鍵、滑動條或滾輪應(yīng)用中額外需要的觸摸傳感器IC;Precision32系列產(chǎn)品提供完整的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。通過集成以上片上外設(shè)，大大減少了外圍元器件數(shù)量和系統(tǒng)成本(圖2)，可節(jié)省BOM成本達(dá)1.34美元。

圖2，典型的基于MCU設(shè)計中，高集成度Precision32芯片能替代多個外圍元器件。

延續(xù) 8位MCU優(yōu)勢

據(jù)Silicon Labs公司單片機(jī)產(chǎn)品線總經(jīng)理MikeSalas 介紹， 該公司在開發(fā)8位MCU產(chǎn)品方面已有十多年經(jīng)驗，因此在研發(fā)Precision32時，延續(xù)了前代產(chǎn)品的諸多優(yōu)勢： 首先是低功耗設(shè)計方面，通過Silicon Labs專利的低功耗設(shè)計技術(shù)降低了每個MCU區(qū)塊功耗，與其它同類32位方案相比，工作電流減少達(dá)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也能夠在特定性能水平下，優(yōu)化設(shè)計并達(dá)到最低功耗。

其次， 在架構(gòu)的選擇方面，繼續(xù)優(yōu)化其8位MCU的Crossbar架構(gòu)(圖3)，并通過與拖拽式的GUI結(jié)合，可使開發(fā)人員更加容易地選擇所需模擬和數(shù)字外設(shè)，并為外設(shè)分配引腳。而同類MCU通常需預(yù)定義外設(shè)位置和引腳，導(dǎo)致潛在引腳沖突，迫使他們不得不改變設(shè)計或是使用更大、更昂貴的封裝。

圖3，專利Crossbar架構(gòu)可確保最大靈活性。

此外，在無外部晶體以及ADC的設(shè)計方面，都繼續(xù)發(fā)揮了已有優(yōu)勢。Mike Salas認(rèn)為，競爭對手在MCU開發(fā)過程中可能更注重閃存和RAM等等，而Silicon Labs的獨(dú)特之處在混合信號的處理和集成方面，Precision32系列產(chǎn)品的模擬外設(shè)具有全溫度和電壓(低至1.8V)范圍內(nèi)的額定特性。

MCU產(chǎn)品策略解讀

在眾多MCU廠商紛紛推出基于ARM Cortex-M4的產(chǎn)品時，SiliconLabs為何仍對Cortex-M3情有獨(dú)鐘?跳過16位MCU，直接推出32位產(chǎn)品，又是出于怎樣的考慮?

Mike Salas表示，經(jīng)過深入的市場調(diào)查，Silicon Labs認(rèn)為Cortex-M3的市場并未飽和，仍有大量的發(fā)展空間，從這一內(nèi)核起步會是一個不錯的選擇。而之所以跳過16位的產(chǎn)品，主要是因為Silicon Labs在8位MCU時代已推出一些能夠與16位MCU相媲美的高性能產(chǎn)品，因此不再著重開發(fā)16位產(chǎn)品，而是在32位MCU領(lǐng)域搶占更多市場機(jī)會，通過8位與32位共同發(fā)展的策略來布局MCU市場。Mike Salas說：“混合信號的整合和處理一直是Silicon Labs創(chuàng)新的重中之重，包括在混合信號處理方面的遙感器、無線的控制器等等。我們會在多方面實現(xiàn)創(chuàng)新，不光是在內(nèi)核處理方面，還有低功耗、高功效的外設(shè)集成。