隨著綠色節(jié)能理念的深入,綠色化設計產(chǎn)品開始流行起來。嵌入式產(chǎn)品研發(fā)人員需要詢問半導體供應商們這樣一個問題,“您的MCU夠環(huán)保嗎?”
自從英特爾在2004年成功將接近1000針的Pentium 4 的功耗降低至150W,打破功耗壁壘后,低功耗設計就融入了他們的產(chǎn)品設計中。過去的十年中,在90nm、60nm和40nm技術等等時就多次被預言將要終結的摩爾定律,在聰明的工程師們的不懈努力下一次次被延緩。物理定律最終仍然還是有效的,當我們在門電路中參雜少量不同種離子后,晶體管導通將導通。智者近觀察摩爾定律就像是,宴會雖然還沒結束,但隨著警察的到來,頓時變得安靜一樣。
在工藝技術層面,更好地工藝技術正朝著低功耗設計方面進化。更小的幾何尺寸可降低核心電壓,這有助于以指數(shù)級地降低功耗。應變硅、絕緣硅、高K值金屬門和其他智能工藝創(chuàng)新,都將持續(xù)推進更小幾何尺寸的產(chǎn)品和更節(jié)能的設計。
在系統(tǒng)層面,設計工程師們研發(fā)了一連串的電源管理技術?,F(xiàn)代MCU主要依賴于功率閘控、頻率閘控,近期更加依賴于動態(tài)電壓調(diào)節(jié)以及頻率定標,以便在動態(tài)模式和靜態(tài)模式來降低能耗。隨著休眠模式和電壓島的增加,高密度電源管理越來越復雜,大部分CPU現(xiàn)在都依賴于獨立電源管理ICs(PMICs)。由于MCU的獨立性,大部分電源管理負荷從嵌入式產(chǎn)品研發(fā)人員出轉移至了芯片設計者。
低功耗→超低功耗
MCU供應商之間的“向下競爭”愈發(fā)激烈。事實證明,最新的MCUs確實是“超低功耗”型。
TI在眾多產(chǎn)品中都應用了其16位 RISC ‘超低功耗’MSP430 line,包括可通過一個簡單的硬幣式電池來操作的無線感應電路。該MSP430C1101規(guī)格如下:ROM為1KB,RAM為128B;其模擬比較器---在動態(tài)模式下,1 MHz/2.2V時,160µA;在待機模式下為0.7µA;在關機模式下為0.1µA。TI本周公布了其Grace software platform,一個CCS(Code Composer Studio)下免費的插件程序,能提供一個詳細的圖形用戶界面來簡化MSP430 MCUs的低層編程。
Microchip對MSP430的回應就是其XLP系列超低功耗PIC微處理器。XLP系列處理器包括16至40個擁有高達256KM的存儲器和各種I/O選項的MIPS PIC24 MCU&dsPIC DSC族產(chǎn)品。Microchip公司強調(diào)了其產(chǎn)品在深睡模式下的超低功耗;將PIC24F16KA102和MSP430F2252 LPM3在電壓為3V的情況下的功耗進行了對比。在動態(tài)模式下比較功耗,情況相對要復雜得多。這也是評估工具的作用。
Silicon Labs 公司的C8051F9xx 超低功耗產(chǎn)品系列包括“行業(yè)最節(jié)能的MCUs”;與其“競爭產(chǎn)品”相比,擁有最低的動態(tài)和待機模式能耗(能耗為160 µA/MHz /50 nA)。這種情況下,比較各自的數(shù)據(jù)表是正常做法;其中的數(shù)字證實了“超低功耗”不僅僅是炒作而已。
NXP公司通過其“提高節(jié)能效率、減少碳排放量”的GreenChip ICs而挺進了節(jié)能MCUs行列。NXP近日推出的Cortex-M0 內(nèi)核MCU---LPC11U00,絕對低能耗;但是該產(chǎn)品更傾向于連通性,包括有一個USB 2.0調(diào)節(jié)器、兩個同步串行端口(SSP)界面、I2C、USART、智能卡接口3以及高達40 GPIO pins。
STMicroelectronics公司的8位和32位超低功耗MCUs,很明顯跳過了Microchip公司需要經(jīng)歷的16位移動路徑。8位STM8L 15xx CISC設備在16MHz情況下MIPS能高達16;但是在動態(tài)模式下,僅為200 µA/MHz,在各種休眠模式下為5.9µA至400nA。和NXP公司類似,ST公司也傾向于連通性,包括為不同設備提供的各種選項。
Cyperss半導體公司的可編程片上系統(tǒng)(PsoC)的主要賣點就是其連通性和靈活性。PsoC5是基于速率高達80MHz的32位Cortex-M3內(nèi)核。CY8C54 PSoC包括一個可編程、基于PLD的logic fabric,能處理每個GPIO pin上的各種不同的數(shù)據(jù)采集通道以及模擬輸入。(翻譯:Oscar)