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您的MCU够环保吗?

导读: 随着绿色节能理念的深入,绿色化设计产品开始流行起来。嵌入式产品研发人员需要询问半导体供应商们这样一个问题,“您的MCU够环保吗?”

  随着绿色节能理念的深入,绿色化设计产品开始流行起来。嵌入式产品研发人员需要询问半导体供应商们这样一个问题,“您的MCU够环保吗?”

  自从英特尔在2004年成功将接近1000针的Pentium 4 的功耗降低至150W,打破功耗壁垒后,低功耗设计就融入了他们的产品设计中。过去的十年中,在90nm、60nm和40nm技术等等时就多次被预言将要终结的摩尔定律,在聪明的工程师们的不懈努力下一次次被延缓。物理定律最终仍然还是有效的,当我们在门电路中参杂少量不同种离子后,晶体管导通将导通。智者近观察摩尔定律就像是,宴会虽然还没结束,但随着警察的到来,顿时变得安静一样。

  在工艺技术层面,更好地工艺技术正朝着低功耗设计方面进化。更小的几何尺寸可降低核心电压,这有助于以指数级地降低功耗。应变硅、绝缘硅、高K值金属门和其他智能工艺创新,都将持续推进更小几何尺寸的产品和更节能的设计。

  在系统层面,设计工程师们研发了一连串的电源管理技术。现代MCU主要依赖于功率闸控、频率闸控,近期更加依赖于动态电压调节以及频率定标,以便在动态模式和静态模式来降低能耗。随着休眠模式和电压岛的增加,高密度电源管理越来越复杂,大部分CPU现在都依赖于独立电源管理ICs(PMICs)。由于MCU的独立性,大部分电源管理负荷从嵌入式产品研发人员出转移至了芯片设计者。

  低功耗→超低功耗

  MCU供应商之间的“向下竞争”愈发激烈。事实证明,最新的MCUs确实是“超低功耗”型。

  TI在众多产品中都应用了其16位 RISC ‘超低功耗’MSP430 line,包括可通过一个简单的硬币式电池来操作的无线感应电路。该MSP430C1101规格如下:ROM为1KB,RAM为128B;其模拟比较器---在动态模式下,1 MHz/2.2V时,160µA;在待机模式下为0.7µA;在关机模式下为0.1µA。TI本周公布了其Grace software platform,一个CCS(Code Composer Studio)下免费的插件程序,能提供一个详细的图形用户界面来简化MSP430 MCUs的低层编程。

  Microchip对MSP430的回应就是其XLP系列超低功耗PIC微处理器。XLP系列处理器包括16至40个拥有高达256KM的存储器和各种I/O选项的MIPS PIC24 MCU&dsPIC DSC族产品。Microchip公司强调了其产品在深睡模式下的超低功耗;将PIC24F16KA102和MSP430F2252 LPM3在电压为3V的情况下的功耗进行了对比。在动态模式下比较功耗,情况相对要复杂得多。这也是评估工具的作用。

  Silicon Labs 公司的C8051F9xx 超低功耗产品系列包括“行业最节能的MCUs”;与其“竞争产品”相比,拥有最低的动态和待机模式能耗(能耗为160 µA/MHz /50 nA)。这种情况下,比较各自的数据表是正常做法;其中的数字证实了“超低功耗”不仅仅是炒作而已。

  NXP公司通过其“提高节能效率、减少碳排放量”的GreenChip ICs而挺进了节能MCUs行列。NXP近日推出的Cortex-M0 内核MCU---LPC11U00,绝对低能耗;但是该产品更倾向于连通性,包括有一个USB 2.0调节器、两个同步串行端口(SSP)界面、I2C、USART、智能卡接口3以及高达40 GPIO pins。

  STMicroelectronics公司的8位和32位超低功耗MCUs,很明显跳过了Microchip公司需要经历的16位移动路径。8位STM8L 15xx CISC设备在16MHz情况下MIPS能高达16;但是在动态模式下,仅为200 µA/MHz,在各种休眠模式下为5.9µA至400nA。和NXP公司类似,ST公司也倾向于连通性,包括为不同设备提供的各种选项。

  Cyperss半导体公司的可编程片上系统(PsoC)的主要卖点就是其连通性和灵活性。PsoC5是基于速率高达80MHz的32位Cortex-M3内核。CY8C54 PSoC包括一个可编程、基于PLD的logic fabric,能处理每个GPIO pin上的各种不同的数据采集通道以及模拟输入。(翻译:Oscar)

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