無線USB與可編程MCU的結(jié)合創(chuàng)造出一種新型器件

通常情況下，管理重組無益于工程生產(chǎn)力的提高。然而，賽普拉斯半導(dǎo)體公司將幾個(gè)舊有的獨(dú)立業(yè)務(wù)整合為一個(gè)新業(yè)務(wù)時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)和工程技能的結(jié)合恰恰與一個(gè)巨大的市場需求相吻合。一條新的產(chǎn)品線就這樣誕生了。

今年早些時(shí)候，賽普拉斯宣布其時(shí)鐘技術(shù)部門(負(fù)責(zé)時(shí)鐘發(fā)生器芯片)和個(gè)人通信部門(主要負(fù)責(zé)短距離低比特率無線芯片)已經(jīng)整合為一個(gè)新實(shí)體——消費(fèi)及計(jì)算部門，而開發(fā)PSoC可配置混合信號(hào)MCU的賽普拉斯微系統(tǒng)子公司也被并入這一新部門。

隨后，賽普拉斯提出了一個(gè)明顯能夠相互促進(jìn)的解決方案：將基于閃存的PSoC MCU(常用在價(jià)格低廉的PC外設(shè)和消費(fèi)類設(shè)備中)與2.4GHz的無線USB IP內(nèi)核相結(jié)合，形成全新的可編程片上無線(PRoC,programmable Radio on Chip)產(chǎn)品。結(jié)合后的單芯片將集成一個(gè)8位的專有MCU、一個(gè)用戶可配置的模擬和數(shù)字模塊陣列以及一個(gè)功能等效于USB端口的無線鏈路。該產(chǎn)品面向消費(fèi)電子、家用與工業(yè)自動(dòng)化、人機(jī)接口設(shè)備(HID)、交通運(yùn)輸、安全與醫(yī)療系統(tǒng)等應(yīng)用領(lǐng)域。

賽普拉斯公司亞太區(qū)銷售和運(yùn)營董事總經(jīng)理Paul Novell介紹，PSoC產(chǎn)品的最大特點(diǎn)是系統(tǒng)不同于CPLD與FPGA的門級(jí)可編程性。PSoC采用8位的M8C微控制器內(nèi)核，可通過配置程序庫來配置模擬與數(shù)字模塊，如ADC/DAC、濾波器、放大器、比較器、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、PWM和I2C等。同時(shí)，它還集成了4KB到32KB的SONOS閃存以及用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的256字節(jié)到2KB的SRAM等。

該公司的無線USB是一款2.4GHz的低頻低功耗外圍設(shè)計(jì)，作為有線USB的替代方案提供給PC和外圍設(shè)備生產(chǎn)商。由于采用直接擴(kuò)頻技術(shù)(DSSS)，無線接口對(duì)鄰近頻段內(nèi)或頻段附近的其它信號(hào)源(藍(lán)牙、WLAN)具有很強(qiáng)的抗干擾能力。賽普拉斯無線小組營銷經(jīng)理Deepak Sharma表示，該公司在接口附近設(shè)置了各種干擾環(huán)境對(duì)無線USB進(jìn)行廣泛測試，發(fā)現(xiàn)其吞吐量沒有下降。目前，無線USB的應(yīng)用領(lǐng)域已從原來點(diǎn)到點(diǎn)的無線鼠標(biāo)、游戲桿、鍵盤等無線HID應(yīng)用擴(kuò)展到多點(diǎn)到點(diǎn)的家庭和工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中。

集成PSoC M8C微控器與無線USB內(nèi)核的PRoC產(chǎn)品系列具有上述兩個(gè)產(chǎn)品的功能與優(yōu)勢，根據(jù)不同產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)10m和50m的工作范圍。PRoC產(chǎn)品系列目前僅有一款產(chǎn)品面市，該芯片集成了8KB閃存、512字節(jié)SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；同時(shí)具有8個(gè)可配置的功能模塊(四個(gè)模擬模塊，四個(gè)數(shù)字模塊)；還包括2個(gè)比較器、2個(gè)8位28通道ADC以及8-32位定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、PWM、全雙工UART、SPI主控制器或從動(dòng)器等。它采用QFN封裝和0.35微米工藝。

圖1: 賽普拉斯的PRoC無線USB MCU

該款無線設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面是其透明性。對(duì)軟件而言，該無線模塊是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)USB接口。雖然有一個(gè)非USB協(xié)議層，但對(duì)MCU內(nèi)核來說負(fù)擔(dān)很輕，而且只需要4kB的內(nèi)存，Sharma表示。

兩種技術(shù)的融合產(chǎn)生了一些頗為有趣的可能，例如通過一個(gè)USB集線器無線地進(jìn)行檢測和計(jì)算。此外，融合后的PRoC芯片在易用性、可靠性方面都具有優(yōu)勢。Novell表示，在易用性方面，PRoC芯片可實(shí)現(xiàn)有線至無線的無縫轉(zhuǎn)換、即時(shí)無線連接以及與最近節(jié)點(diǎn)的自動(dòng)連接。協(xié)議的一個(gè)特性允許終端用戶只需將設(shè)備在集線器加密狗附近一英寸的物理范圍內(nèi)停留數(shù)秒，就可以簡單地將無線USB設(shè)備與特定集線器相連。而后，除非這一設(shè)備在集線器50英尺以外，否則邏輯上它總是和集線器相連的。在可靠性方面，由于采用DSSS技術(shù)，該芯片具有抗干擾性以及低功耗特性(只有3mw)。此外，該芯片還提高了集成度，減少了外部元件(只需要大約10個(gè)外部元件)，從而降低了成本。

但是Sharma指出，這種連接也有一定局限性。例如連接速率相對(duì)較低，因此只適合于指令鏈路和低速的非關(guān)鍵數(shù)據(jù)傳輸，而不適合工業(yè)控制應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)上的各種控制環(huán)。另外，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)僅限于簡單的星形網(wǎng)絡(luò)，不過通過簡單地增加集線器，網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)性可以得到提高。

大批量訂購時(shí)，該芯片的目標(biāo)價(jià)格為3到4美元，差不多是一個(gè)小型微控制器加一個(gè)低端無線芯片的價(jià)格。該價(jià)位符合許多中等批量產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成本預(yù)算，也省去了尋找多家供應(yīng)商而帶來的麻煩。

從產(chǎn)品管理的角度來看，PRoC是一個(gè)很不錯(cuò)的方案。將兩條不相關(guān)的賽普拉斯產(chǎn)品線瞄準(zhǔn)相似市場，在某些情況下還可以使用相同的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)。該公司表示，兩種產(chǎn)品具有物理上兼容的工藝技術(shù)，并且將兩種功能集成在單個(gè)芯片上還不會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的信號(hào)完整性問題。