《電子技術(shù)應(yīng)用》
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MCU與傳感器的整合路,集成之勢銳不可擋

2014-12-26
關(guān)鍵詞: MCU 傳感器 物聯(lián)網(wǎng)

    作 為電子產(chǎn)品的“感知中樞”,在消費電子、工業(yè)、醫(yī)療、汽車等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛,于基本功能之外也開始越來越多承擔(dān)自動調(diào)零、自校準(zhǔn)、自標(biāo)定功能,同時 具備邏輯判斷和信息處理能力,能對被測量信號進(jìn)行信號調(diào)理或信號處理。這就需要其擁有越來越強(qiáng)的智能處理能力,也即朝著智能化的方向發(fā)展。為了使客戶能夠 更快、更便捷地完成系統(tǒng)開發(fā),一些廠商開始將加以整合,提供+傳感器的模塊化開發(fā)平臺,逐漸成為一類產(chǎn)品發(fā)展趨勢。

 

  然而,無論是場景、位置和環(huán)境感知,還是基于運動、觸摸和手勢的交互功能,往往需要傳感器的“始終開啟”來實現(xiàn),這與、移動通信終端的低功耗化趨勢又有所相悖。往往具有多種工作模式,睡眠模式下只需極低功耗。但“始終開啟”對于MCU和傳感器的低功耗需求提出巨大挑戰(zhàn)。如何解決這一矛盾關(guān)系到MCU與傳感器的發(fā)展路徑。為此筆者采訪業(yè)界主流廠商,探討技術(shù)發(fā)展方向。

  飛思卡爾高級副總裁兼微控制器部總經(jīng)理Geoff Lees

  MCU+傳感器將走向SoC化

  毫無疑問,將成為全球信息通信行業(yè)的又一個新興產(chǎn)業(yè),安全性、可擴(kuò)展性和高能效是驅(qū)動未來IoT發(fā)展的三要素。的 基本要求是物物相連,每一個需要識別和管理的物體上都需要安裝與之對應(yīng)的傳感器。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步,要求傳感器不僅具備基礎(chǔ)的信息收集功能,智能化的 信息處理能力也成為判斷其性能高低的重要依據(jù)。因為不可能將所有運算都放到云端完成,網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點也要完成各自的運算任務(wù)。因此,傳感器和微處理器結(jié) 合、具有各種功能的單片集成化智能傳感器成為主要發(fā)展方向?,F(xiàn)在傳感技術(shù)和MCU的發(fā)展很快,集成度越來越高。盡管MCU與傳感器的工藝技術(shù)有很多不同之 處,目前實現(xiàn)整合比較困難。但是SoC是行業(yè)發(fā)展的大趨勢。我們在密切觀察是否能在下一個工藝節(jié)點上,比如28nm實現(xiàn)兩者工藝的融合。

  此外,32位MCU的增長速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出8位和16位MCU。32位MCU在全球增長速度是15%以上,其中ARM架構(gòu)的32位MCU的增長 速度更達(dá)到這一速度的兩倍。過去兩年里,32位MCU出貨量翻一番,以前的規(guī)律通常是5年才能達(dá)到翻一番。2014年在全球范圍內(nèi)的增長,主要來自IoT 和智能互聯(lián)增長的貢獻(xiàn)?;贏RM架構(gòu)的Kinetis系列是市場上表現(xiàn)最好的MCU產(chǎn)品之一,并保持了強(qiáng)勁的增長勢頭。我們相信,ARM生態(tài)環(huán)境將支持 我們更好地服務(wù)客戶,簡化他們的設(shè)計,使客戶將更多精力關(guān)注于應(yīng)用、軟件和服務(wù)上。

  恩智浦微控制器通用市場產(chǎn)品線總經(jīng)理Ross Bannatyne

  以MCU“監(jiān)聽”功能解決傳感器高功耗挑戰(zhàn)

  現(xiàn)今移動設(shè)備引入的各種高級功能,例如場景、位置和環(huán)境感知,以及基于運動、觸摸和手勢的交互功能,甚至包括語音激活,都是通過不斷增加的“始 終開啟” 傳感器來實現(xiàn)的。在不久的將來,其他行業(yè)也將需要類似于智能手機(jī)的產(chǎn)品功能來增強(qiáng)他們的客戶體驗,從而同樣取得顯著的進(jìn)步。當(dāng)前,很多已有MCU傳感器處 理架構(gòu)耗能過多,或者無法隨著傳感器數(shù)量的增加來有效地擴(kuò)展。LPC54100系列僅需3μA的極小電流即可實現(xiàn)持續(xù)傳感器監(jiān)聽,這對始終開啟的應(yīng)用至關(guān) 重要。另外,作為傳感器應(yīng)用領(lǐng)域的首創(chuàng)功能,該系列產(chǎn)品的非對稱雙核架構(gòu)實現(xiàn)了工作狀態(tài)下可裁減的功耗/性能,讓開發(fā)人員能夠使用Cortex M0+內(nèi)核(55μA/MHz的)來處理傳感器數(shù)據(jù)采集、整合和外部通信,從而優(yōu)化能效,或者使用Cortex M4F內(nèi)核(100μA/MHz)更快執(zhí)行復(fù)雜數(shù)學(xué)密集型算法(例如,運動傳感器融合),同時節(jié)省能源。

  該架構(gòu)帶有專為實現(xiàn)高能效而全新設(shè)計的一系列模擬和數(shù)字接口,包括能夠在寬電壓范圍內(nèi)(1.62V~3.6V)支持各種規(guī)格性能的12bit、4.8Msps/s的ADC,以及低功耗串行接口,這些接口讓LPC54100系列能夠提供低于其他同類微控制器的能耗。

  奧地利微電子高級市場經(jīng)理Russell Jordan

  整合MCU與傳感器 SIP是當(dāng)前主流

  作為物聯(lián)網(wǎng)感知層的重要組成部分,智能傳感器的作用越來越明顯,MCU+傳感器所形成的智能傳感器越來越成為微電子廠商進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)的一種選 擇。整合傳感器與MCU將是未來的發(fā)展趨勢,但業(yè)者應(yīng)順其自然,比如CO2感應(yīng)器、濕度傳感器、亮度傳感器等與MCU整合起來十分困難,目前來看兩者分立 也沒有太大的缺點,廠商可不必強(qiáng)求;但是對于一些相對容易實現(xiàn)整合的傳感器類型,比如觸摸屏控制器、加速度計、陀螺儀,在市場需求擴(kuò)大之后,已經(jīng)有廠商將 其SoC化了,廠商應(yīng)迅速抓住機(jī)會。

  傳感器使用的MEMS工藝和MCU制程有差異,兩者的SoC整合在半導(dǎo)體技術(shù)上存在一定的挑戰(zhàn)。相對而言,SIP的解決方案更加可行?,F(xiàn)在,許 多MCU已經(jīng)采用這種方式與傳感器相集成。我們會看到更多專為自動采集傳感器數(shù)據(jù)而設(shè)計的MCU架構(gòu)的出現(xiàn),在為 IoT而優(yōu)化的超低功耗平臺上實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)匯聚。

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