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MCU与传感器的整合路,集成之势锐不可挡

传感器作为电子产品的“感知中枢”,在消费电子、工业、医疗、汽车等领域的应用越来越广泛,于基本功能之外也开始越来越多承担自动调零、自校准、自标定功能,同时具备逻辑判断和信息处理能力,能对被测量信号进行信号调理或信号处理。这就需要其拥有越来越强的智能处理能力,也即朝着智能化的方向发展。为了使客户能够更快、更便捷地完成系统开发,一些传感器厂商开始将MCU与传感器加以整合,提供MCU+传感器的模块化开发平台,逐渐成为一类产品发展趋势。

然而,无论是场景、位置和环境感知,还是基于运动、触摸和手势的交互功能,往往需要传感器的“始终开启”来实现,这与物联网、移动通信终端的低功耗化趋势又有所相悖。MCU往往具有多种工作模式,睡眠模式下只需极低功耗。但“始终开启”对于MCU和传感器的低功耗需求提出巨大挑战。如何解决这一矛盾关系到MCU与传感器的发展路径。为此笔者采访业界主流厂商,探讨技术发展方向。

飞思卡尔高级副总裁兼微控制器部总经理Geoff Lees

MCU+传感器将走向SoC化

毫无疑问,物联网将成为全球信息通信行业的又一个新兴产业,安全性、可扩展性和高能效是驱动未来IoT发展的三要素。物联网的基本要求是物物相连,每一个需要识别和管理的物体上都需要安装与之对应的传感器。随着物联网技术的进步,要求传感器不仅具备基础的信息收集功能,智能化的信息处理能力也成为判断其性能高低的重要依据。因为不可能将所有运算都放到云端完成,网络的各个节点也要完成各自的运算任务。因此,传感器和微处理器结合、具有各种功能的单片集成化智能传感器成为主要发展方向。现在传感技术和MCU的发展很快,集成度越来越高。尽管MCU与传感器的工艺技术有很多不同之处,目前实现整合比较困难。但是SoC是行业发展的大趋势。我们在密切观察是否能在下一个工艺节点上,比如28nm实现两者工艺的融合。

此外,32位MCU的增长速度已经远远超出8位和16位MCU。32位MCU在全球增长速度是15%以上,其中ARM架构的32位MCU的增长速度更达到这一速度的两倍。过去两年里,32位MCU出货量翻一番,以前的规律通常是5年才能达到翻一番。2014年在全球范围内的增长,主要来自IoT和智能互联增长的贡献。基于ARM架构的Kinetis系列是市场上表现最好的MCU产品之一,并保持了强劲的增长势头。我们相信,ARM生态环境将支持我们更好地服务客户,简化他们的设计,使客户将更多精力关注于应用、软件和服务上。

恩智浦微控制器通用市场产品线总经理Ross Bannatyne

以MCU“监听”功能解决传感器高功耗挑战

现今移动设备引入的各种高级功能,例如场景、位置和环境感知,以及基于运动、触摸和手势的交互功能,甚至包括语音激活,都是通过不断增加的“始终开启” 传感器来实现的。在不久的将来,其他行业也将需要类似于智能手机的产品功能来增强他们的客户体验,从而同样取得显著的进步。当前,很多已有MCU传感器处理架构耗能过多,或者无法随着传感器数量的增加来有效地扩展。LPC54100系列仅需3μA的极小电流即可实现持续传感器监听,这对始终开启的应用至关重要。另外,作为传感器应用领域的首创功能,该系列产品的非对称双核架构实现了工作状态下可裁减的功耗/性能,让开发人员能够使用Cortex M0+内核(55μA/MHz的)来处理传感器数据采集、整合和外部通信,从而优化能效,或者使用Cortex M4F内核(100μA/MHz)更快执行复杂数学密集型算法(例如,运动传感器融合),同时节省能源。

该架构带有专为实现高能效而全新设计的一系列模拟和数字接口,包括能够在宽电压范围内(1.62V~3.6V)支持各种规格性能的12bit、4.8Msps/s的ADC,以及低功耗串行接口,这些接口让LPC54100系列能够提供低于其他同类微控制器的能耗。

奥地利微电子高级市场经理Russell Jordan

整合MCU与传感器 SIP是当前主流

作为物联网感知层的重要组成部分,智能传感器的作用越来越明显,MCU+传感器所形成的智能传感器越来越成为微电子厂商进行产品开发的一种选择。整合传感器与MCU将是未来的发展趋势,但业者应顺其自然,比如CO2感应器、湿度传感器、亮度传感器等与MCU整合起来十分困难,目前来看两者分立也没有太大的缺点,厂商可不必强求;但是对于一些相对容易实现整合的传感器类型,比如触摸屏控制器、加速度计、陀螺仪,在市场需求扩大之后,已经有厂商将其SoC化了,厂商应迅速抓住机会。

传感器使用的MEMS工艺和MCU制程有差异,两者的SoC整合在半导体技术上存在一定的挑战。相对而言,SIP的解决方案更加可行。现在,许多MCU已经采用这种方式与传感器相集成。我们会看到更多专为自动采集传感器数据而设计的MCU架构的出现,在为 IoT而优化的超低功耗平台上实现传感器数据汇聚。

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关键词: 普京手机