运用32位高集成度混合信号微控制单元简化系统设计

ARM Cortex内核改变了MCU产品的传统形态，毕竟通用的标准有助于减少整体系统成本、降低设计复杂度并缩短开发时间。开发人员在为特定设计选择MCU时需考虑诸多因素，如存储大小、输入输出引脚数量、通信接口等。然而，在多种基于ARM标准内核的MCU产品都满足基本需求的情况下，SILICon Labs认为开发人员可从下列因素中进一步缩小选择范围，例如：混合信号集成度、可配置性、功耗和开发难度等。Silicon Labs期望通过Precision32系列产品，重塑32位MCU产品领域的多功能、一体化、高能效和易用特性。

集成多种外设降低系统成本

Precision32结合了Cortex-M3 CPU和多种模拟组件，主要包括：两个12位ADC、两个10位DAC、一个振荡器、一个16通道触摸传感器，以及Flash闪存、定时器、计数器和串行接口等(图1)，适用于包括便携式医疗装置、销售终端外设、电机控制、工业监控、条码扫描仪、光学触摸屏接口、传感控制器和家庭自动化系统等应用在内的各种领域。

 

 

图1，Precision32 MCU框图。

据介绍，该系列产品外设集成度较高，集成了先进锁相环(PLL)的精密振荡器，而无需昂贵的8MHz晶体，可为无外部晶体的USB操作提供所需的高精度时钟，同时内核可以独立工作在1MHz~80MHz任何频率;内部5V电压调节器使MCU可直接从USB或5V电源供电，无需外部稳压器;六个高驱动I/O(每个高达300mA)，可直接驱动高功率LED、小马达、蜂鸣器和功率MOSFET，并可以作为升压转换控制器;电容触摸通道多达16个，减少按键、滑动条或滚轮应用中额外需要的触摸传感器IC;Precision32系列产品提供完整的USB2.0 PHY和模拟前端，可直接连接到USB控制器接口，而其他大多数MCU需要外部USB上拉电阻和终端电路。通过集成以上片上外设，大大减少了外围元器件数量和系统成本(图2)，可节省BOM成本达1.34美元。

 

 

图2，典型的基于MCU设计中，高集成度Precision32芯片能替代多个外围元器件。

延续 8位MCU优势

据Silicon Labs公司单片机产品线总经理MikeSalas 介绍， 该公司在开发8位MCU产品方面已有十多年经验，因此在研发Precision32时，延续了前代产品的诸多优势： 首先是低功耗设计方面，通过Silicon Labs专利的低功耗设计技术降低了每个MCU区块功耗，与其它同类32位方案相比，工作电流减少达33%(在80MHz时22mA或275μA/MHz)，休眠电流降低100倍(0.35μA，启动RTC并且4KB RAM内容保留)。此外，多种电源模式和时钟选项也能够在特定性能水平下，优化设计并达到最低功耗。

其次， 在架构的选择方面，继续优化其8位MCU的Crossbar架构(图3)，并通过与拖拽式的GUI结合，可使开发人员更加容易地选择所需模拟和数字外设，并为外设分配引脚。而同类MCU通常需预定义外设位置和引脚，导致潜在引脚冲突，迫使他们不得不改变设计或是使用更大、更昂贵的封装。

 

 

图3，专利Crossbar架构可确保最大灵活性。

此外，在无外部晶体以及ADC的设计方面，都继续发挥了已有优势。Mike Salas认为，竞争对手在MCU开发过程中可能更注重闪存和RAM等等，而Silicon Labs的独特之处在混合信号的处理和集成方面，Precision32系列产品的模拟外设具有全温度和电压(低至1.8V)范围内的额定特性。

MCU产品策略解读

在众多MCU厂商纷纷推出基于ARM Cortex-M4的产品时，SiliconLabs为何仍对Cortex-M3情有独钟?跳过16位MCU，直接推出32位产品，又是出于怎样的考虑?

Mike Salas表示，经过深入的市场调查，Silicon Labs认为Cortex-M3的市场并未饱和，仍有大量的发展空间，从这一内核起步会是一个不错的选择。而之所以跳过16位的产品，主要是因为Silicon Labs在8位MCU时代已推出一些能够与16位MCU相媲美的高性能产品，因此不再着重开发16位产品，而是在32位MCU领域抢占更多市场机会，通过8位与32位共同发展的策略来布局MCU市场。Mike Salas说：“混合信号的整合和处理一直是Silicon Labs创新的重中之重，包括在混合信号处理方面的遥感器、无线的控制器等等。我们会在多方面实现创新，不光是在内核处理方面，还有低功耗、高功效的外设集成。