2017年,瑞薩電子實(shí)現(xiàn)了70多億美元的營(yíng)收,并且還在不斷拓展其產(chǎn)品線和業(yè)務(wù)營(yíng)收能力,特別是在高性能模擬器件和電源器件方面,更是不遺余力,為此,瑞薩電子于2016年發(fā)起了對(duì)美國(guó)英特矽爾(Intersil)的并購(gòu),并于2017年2月24日完成收購(gòu),從而豐富了其電源管理和高性能模擬產(chǎn)品線。
中國(guó)一直是瑞薩電子的主要營(yíng)收來(lái)源,并擁有兩條半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)線,其中蘇州具有汽車(chē)產(chǎn)品生產(chǎn)能力。2017財(cái)年,瑞薩電子在中國(guó)的營(yíng)收達(dá)到10.4億美元,其中,68%來(lái)自于MCU,在中國(guó)市場(chǎng)MCU供應(yīng)商排名中,瑞薩電子由2016年的第四,2017年上升到了第三,發(fā)展勢(shì)頭強(qiáng)勁。
瑞薩電子的MCU分自有內(nèi)核和Arm內(nèi)核兩種,其自有內(nèi)核MCU又分為兩大產(chǎn)品線,分別是RL78系列、RX系列。同時(shí),該公司還提供基于Arm內(nèi)核的Synergy平臺(tái)級(jí)MCU產(chǎn)品及相應(yīng)的軟件工具。
RL78低功耗MCU
作為瑞薩電子主打的16位低功耗MCU,RL78的設(shè)計(jì)理念主要體現(xiàn)在以下三方面:低功耗,最低46uA/MHz;可擴(kuò)展性,提供1KB~512KB的Flash;高效,最高達(dá)1.39 DMIPS/MHz。
可以說(shuō),低功耗是RL78系列的主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn),其電池工作電壓可低至1.6V,運(yùn)行時(shí),電流低至46uA /1MHz;而待機(jī)時(shí),電流可低至230nA。另外,該系列MCU具有SNOOZE功能,這是RL78內(nèi)核MCU獨(dú)有的低功耗模式,可以在待機(jī)時(shí)實(shí)現(xiàn)ADC和UART正常操作,而不必喚醒CPU。而在STOP模式下,可以靈活配置外設(shè),以達(dá)到安全性和靈活性的最大平衡,且保持低功耗,此時(shí)可實(shí)現(xiàn)RAM數(shù)據(jù)保留。
有一個(gè)例子可以說(shuō)明其低功耗特性:用RL78驅(qū)動(dòng)一個(gè)嵌入式應(yīng)用的LCD顯示屏,用一個(gè)檸檬為其供電,可以實(shí)現(xiàn)3天的續(xù)航,其能效水平可見(jiàn)一斑。
在可擴(kuò)展性方面,RL78系列具有超強(qiáng)的兼容性和靈活性,滿(mǎn)足全系列管腳兼容需求,其具有外設(shè)端口重定位(PIOR)能力,可將功能引腳重新定位到其他端口。
對(duì)于實(shí)際應(yīng)用來(lái)說(shuō),系統(tǒng)安全是一個(gè)非常重要的考量因素,RL78具有片內(nèi)Flash內(nèi)容的安全保護(hù)功能,針對(duì)3種主機(jī)通信方式,都有對(duì)應(yīng)的Flash保護(hù)機(jī)制,防止代碼被惡意讀出。
在針對(duì)編程器的安全設(shè)定方面,該系列MCU具有寫(xiě)入保護(hù)標(biāo)志,可以禁止外部命令對(duì)Flash進(jìn)行寫(xiě)入操作;還有區(qū)塊擦除保護(hù)標(biāo)志,這樣,單個(gè)Flash區(qū)塊就不能被擦除,但仍可以執(zhí)行整片擦除。全部標(biāo)志位都設(shè)置成保護(hù)使能時(shí),就無(wú)法使用編程器或在板編程功能,只能使用自編程功能;RL78的保護(hù)標(biāo)志存儲(chǔ)在額外的芯片存儲(chǔ)區(qū)域,不占用正常的CPU尋址空間。
在使用片上調(diào)試功能時(shí)的安全設(shè)定方面,RL78可以通過(guò)設(shè)定,禁止片上調(diào)試功能(On-Chip Debug Disable);同時(shí)也具有片上調(diào)試安全I(xiàn)D(10個(gè)字節(jié)),在可以使用片上調(diào)試功能時(shí),需要輸入安全I(xiàn)D來(lái)連接調(diào)試器,還可以設(shè)定在ID不匹配時(shí),自動(dòng)擦除Flash內(nèi)容。
此外,RL78還具有自編程時(shí)的安全設(shè)定功能和Flash保護(hù)窗口(FSW)。
除了以上這些特點(diǎn)之外,RL78系列還有一些其它功能,如可提高系統(tǒng)效能的ELC (Event Link Controller),可以在低功耗模式下進(jìn)行一系列的外設(shè)操作;還有可分擔(dān)CPU負(fù)荷的數(shù)據(jù)傳輸控制器DTC(Data Transfer Controller),DTC與DMA相似,但其功能比DMA更加豐富。DMA更適用于對(duì)實(shí)時(shí)響應(yīng)要求更高的應(yīng)用,而DTC適用于需要更多靈活性以及低功耗的應(yīng)用。DTC可以在內(nèi)存間傳輸數(shù)據(jù),無(wú)需CPU干預(yù),和CPU的數(shù)據(jù)傳輸指令相比,DTC的數(shù)據(jù)傳輸速度更快,DTC具有24組控制數(shù)據(jù),31個(gè)觸發(fā)源,可實(shí)現(xiàn)各種內(nèi)存地址之間的傳輸(SFR, RAM 和 Flash)。
為了降低系統(tǒng)成本,RL78系列內(nèi)置了高精度振蕩器(精度為+/- 1%),有兩種預(yù)設(shè)的振蕩頻率:24 MHz和32MHz,使用分頻器可產(chǎn)生16MHz, 12MHz, 8MHz, 4MHz, 3MHz, 2MHz, 1MHz的頻率,并可以通過(guò)設(shè)置校準(zhǔn)寄存器來(lái)提高精度。
另外,較高的集成度也是RL78降低成本的重要考量。
RX系列高性能MCU
相比于RL78,RX系列MCU是32位的,更強(qiáng)調(diào)性能,主要產(chǎn)品包括RX100/200、RX600和RX700,其中,RX700是旗艦產(chǎn)品,性能最強(qiáng)。RX MCU產(chǎn)品線如下圖所示。
RX100系列采用瑞薩獨(dú)有的RXv1內(nèi)核,其主頻高達(dá)32MHz,性能可達(dá)1.56DMIPS/MHz和3.08CoreMark/MHz,和采用ARM Cortex M0/M0+內(nèi)核的MCU產(chǎn)品相比,RX100系列MCU可以提供大約30%~70%的性能提升,同時(shí),RX100還能通過(guò)縮短代碼執(zhí)行時(shí)間來(lái)降低功耗,例如,在個(gè)人醫(yī)療應(yīng)用中,可以在RX100芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器功能,實(shí)現(xiàn)高精度測(cè)量。
在設(shè)計(jì)方面,RX100為用戶(hù)提供了超低功耗、高性?xún)r(jià)比的選擇,并集成了適用于測(cè)量設(shè)備和家電應(yīng)用的外設(shè)組合。
RX100在不同的工作模式切換時(shí),能實(shí)現(xiàn)極低的功耗。其在待機(jī)模式下具有超低的待機(jī)電流,快速喚醒后能在最短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入運(yùn)行模式(喚醒時(shí)間只需要 4.8μS),并保持低工作電流和快速運(yùn)行。作為全系列功耗最低的MCU,RX100在 32MHz 運(yùn)行模式下,電流消耗低至 3.2mA,在軟件待機(jī)模式下,電流消耗低至0.35μA,只有RX200的1/2、RX600的1/5。
RX100系列集成了多種外設(shè),可大幅減少系統(tǒng)元器件數(shù)量。比如內(nèi)部集成了POR/LVD、5V端口、RTC、溫度傳感器、E2數(shù)據(jù)Flash和片上振蕩器,工程師在設(shè)計(jì)中將不會(huì)將精力花在外圍器件的挑選上。同時(shí),系統(tǒng)的最終尺寸也將大幅減少。
安全功能是RX100系列的另一大亮點(diǎn),且可以通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn),從而減少了軟件負(fù)擔(dān),輕松實(shí)現(xiàn)與IEC60730的兼容設(shè)計(jì),具體應(yīng)用的開(kāi)發(fā)周期將大為縮短,這也有助于降低系統(tǒng)的BOM成本。
在MCU的安全需求方面,我國(guó)國(guó)內(nèi)的要求不高,但在歐美地區(qū)的家電應(yīng)用中很普及,因此,這項(xiàng)能力對(duì)MCU來(lái)說(shuō)也是至關(guān)重要的。
RX231 MCU是RX100/200系列中唯一支持CAN通信的產(chǎn)品,主要應(yīng)用于家電產(chǎn)品、工業(yè)/OA、數(shù)字信號(hào)處理/可穿戴和IOT等市場(chǎng)領(lǐng)域。該MCU基于RXv2的內(nèi)核,相比RXv1性能提升35%,相比Cortex M4性能提升22%。
從家電、可穿戴,再到物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)/OA產(chǎn)品,RX100/RX200的所有目標(biāo)應(yīng)用中,觸控都是重要的技術(shù)。在這方面,瑞薩電子開(kāi)發(fā)的觸摸按鍵技術(shù)同時(shí)支持電容自感應(yīng)和電容互感應(yīng)方式,其高靈敏度硬件特性配合軟件開(kāi)發(fā)工具,可帶來(lái)全新的電容觸摸按鍵設(shè)計(jì)理念。
觸摸按鍵具有以下特點(diǎn):降低成本,減少了部件數(shù)量(無(wú)需實(shí)體按鍵),降低了錯(cuò)誤率(和輕觸按鍵相比,耐久性增強(qiáng),并具有抗污防水能力);更容易清潔,由于沒(méi)有縫隙,簡(jiǎn)單擦拭即可實(shí)現(xiàn)清潔;具有更多的設(shè)計(jì)理念,可以實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜設(shè)計(jì)。
瑞薩電子的新觸摸按鍵抗干擾能力極強(qiáng),可以透過(guò)10mm厚的亞克力材料或木板進(jìn)行感應(yīng),并支持電容自感應(yīng)方式和電容互感方式,從而增強(qiáng)了防水能力(互感方式),通過(guò)按鍵矩陣增加了觸摸按鍵的數(shù)量(互感方式)。
相比于RX100/RX200,RX600/RX700系列的性能又提升了一個(gè)檔次。其中,RX64M / RX71M擁有大容量片內(nèi)最大4MB Flash,RX71M是帶有120MHz Flash的高性能支持240MHz 主頻MCU;RX65N則是RX630/RX631/RX63N的升級(jí)產(chǎn)品,填補(bǔ)了RX63x和RX64M/RX71M之間的空白,是RX600/RX700系列中最具性?xún)r(jià)比的產(chǎn)品。
RX65該系列MCU的一大特色就是用戶(hù)在進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)時(shí),可對(duì)Flash內(nèi)容進(jìn)行保護(hù)。隨著MCU系統(tǒng)越來(lái)越復(fù)雜,協(xié)同開(kāi)發(fā)也變得越來(lái)越多。有專(zhuān)長(zhǎng)的公司會(huì)為客戶(hù)提供一些核心算法,系統(tǒng)供應(yīng)商則為客戶(hù)提供簡(jiǎn)單易用的開(kāi)發(fā)框架,而有專(zhuān)長(zhǎng)的公司會(huì)為客戶(hù)提供一些核心算法,并將核心算法燒寫(xiě)進(jìn)MCU的flash中,在此基礎(chǔ)上,最終客戶(hù)做二次開(kāi)發(fā)完成最終的產(chǎn)品,。 而最終客戶(hù)在二次開(kāi)發(fā)過(guò)程中可以將Flash內(nèi)容作為數(shù)據(jù)讀出。
由此產(chǎn)生的一個(gè)問(wèn)題是,如何對(duì)燒寫(xiě)在flash內(nèi)的核心算法進(jìn)行保護(hù)? 使最終客戶(hù)在二次開(kāi)發(fā)過(guò)程中只能運(yùn)行核心算法代碼,而不能把代碼作為數(shù)據(jù)讀出。
對(duì)此,RX600/RX70065系列MCU提供了專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)出了Trusted Memory功能。當(dāng)將flash一部分區(qū)域設(shè)置為T(mén)rusted memory功能時(shí), 這一部分內(nèi)的代碼就只能執(zhí)行而不能被讀出,這樣就保證了燒寫(xiě)在這一區(qū)域代碼的安全,保護(hù)了軟件資產(chǎn)。訪問(wèn)受限區(qū)域,區(qū)域0存儲(chǔ)了需要保密的中間件代碼,設(shè)置為T(mén)rusted-ON。
此外,RX6500/RX700還提供了用于加密的Trusted Secure IP(TSIP),傳統(tǒng)的MCU安全功能,包含加密模塊,物理防篡改等功能。所有的資源都在安全環(huán)境下使用,但限制太多。而Trusted-Secure-IP以確??梢栽诎踩h(huán)境下使用加密模塊和密鑰保護(hù)功能,同時(shí)又具有通用MCU的多功能性功能,性?xún)r(jià)比較高。
與傳統(tǒng)方式相比,Trusted Secure IP可防止未經(jīng)授權(quán)使用加密模塊,并對(duì)密鑰進(jìn)行強(qiáng)力保護(hù),還能防止盲拷貝。
模擬和功率解決方案
Intersil是業(yè)界少有的幾家能提供高性能電源和功率半導(dǎo)體,特別是數(shù)字電源的廠商之一,并入瑞薩電子后,與其原有豐富的MCU產(chǎn)品線形成有效互補(bǔ),為客戶(hù)提供更完整的解決方案。
除了電源產(chǎn)品以外,瑞薩電子主營(yíng)的模擬產(chǎn)品包括放大器和緩沖器,音頻和視頻,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,接口電路,開(kāi)關(guān)/多路復(fù)用器/交叉矩陣,時(shí)鐘和數(shù)字器件,航空航天及軍用器件等,可應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域,包括汽車(chē)電子,計(jì)算機(jī),消費(fèi)電子,工業(yè)應(yīng)用,醫(yī)療,安全監(jiān)控,LED照明等。
從技術(shù)角度看,為了滿(mǎn)足新型應(yīng)用的需求,電源管理芯片將變得越來(lái)越集成化、模塊化、數(shù)字化及智能化。而這對(duì)于電源管理芯片的封裝設(shè)計(jì)、功耗、穩(wěn)定性及可靠性都提出了新的要求。
在收購(gòu)了Intersil之后,瑞薩電子進(jìn)一步堅(jiān)定了模塊化電源的發(fā)展路線,特別是全集成DC/DC負(fù)載點(diǎn)(POL)轉(zhuǎn)換控制器、柵極驅(qū)動(dòng)器、MOSFET,以及電感等無(wú)源器件的模塊化封裝方案,用戶(hù)只需配備少量的外部電容和電阻就可以投入使用。
如雙路3A/單路6A降壓DC/DC電源模塊ISL8203M,主要用于通信、測(cè)試測(cè)量和工業(yè)系統(tǒng)中的FPGA、ASIC、微處理器、DSP和其他負(fù)載點(diǎn)轉(zhuǎn)換的電源設(shè)計(jì)。其內(nèi)部包含一個(gè)PWM控制器和同步開(kāi)關(guān)MOSFET、電感及無(wú)源元件,支持2.85V - 6V輸入電壓范圍和0.8V - 5V可調(diào)節(jié)輸出電壓范圍,設(shè)計(jì)工程師能夠使用一個(gè)芯片構(gòu)建單路6A或雙路輸出3A電源。
ISL8203M提供15°C/W的同類(lèi)最佳散熱性能,并可在85°C條件下提供6A輸出電流而無(wú)需散熱器或風(fēng)扇。ISL8203M采用Intersil的專(zhuān)利技術(shù)和先進(jìn)封裝工藝來(lái)提供高功率密度和極佳的散熱性能,使ISL8203M能夠在寬溫度范圍內(nèi)滿(mǎn)載工作。該電源模塊還提供過(guò)溫、過(guò)流和欠壓鎖定保護(hù),進(jìn)一步增強(qiáng)了其堅(jiān)固性和可靠性。
另外,還有用于工業(yè)場(chǎng)景的大電流42V電源模塊ISL8215M。
集成FET的穩(wěn)壓器也是該公司主要的產(chǎn)品亮點(diǎn),如14A高效同步降壓穩(wěn)壓器ISL85014,其輸入電壓為3.8V~18V,采用電流模式控制,具有快速響應(yīng)和極好的回路穩(wěn)定性。該器件集成了非常低ON態(tài)電阻的高邊和低邊FET,以最大化效率和最小化外接元件數(shù)量,輸出電流高達(dá)14A,PWM輸出電壓從0.6V起可調(diào),主要用于服務(wù)器和云基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)POL,IPC、工廠自動(dòng)化、PLC,通信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、存儲(chǔ)系統(tǒng)以及測(cè)試設(shè)備。
數(shù)字電源是當(dāng)今可用于降低功耗以及管理現(xiàn)代電子系統(tǒng)中不斷增長(zhǎng)的功率復(fù)雜性的最重要技術(shù)之一。瑞薩電子的數(shù)字電源管理和控制IC產(chǎn)品組合可提供更大的設(shè)計(jì)靈活性,縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,加速上市。可以為FPGA、DSP、ASIC以及網(wǎng)絡(luò)處理器提供高達(dá)八相、超過(guò)240A電源性能的ISL68300和ISL68301就是這樣的方案,是符合PMBus標(biāo)準(zhǔn)的全數(shù)字DC/DC 控制器,可提供單輸出負(fù)載點(diǎn)(POL)轉(zhuǎn)換。集成了MOSFET驅(qū)動(dòng)器的ISL68300控制器以及內(nèi)置 PWM輸出的ISL68301控制器簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)中心、有線/無(wú)線通信以及工廠自動(dòng)化設(shè)備的電源設(shè)計(jì)。ISL68300可以直接驅(qū)動(dòng)外置MOSFET,而ISL68301則可以與瑞薩電子的智能功率級(jí)或 DrMOS 功率級(jí)搭配使用,可打造一個(gè)完整的穩(wěn)壓器解決方案。
此外,瑞薩電子還可提供是高性能CPU電源的核心供應(yīng)商之一,并能針對(duì)不同處理器架構(gòu)和廠商,提供針對(duì)性的解決方案。
綜上,以MCU為堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ),瑞薩電子正在模擬與混合信號(hào)IC領(lǐng)域不斷拓展,為將來(lái)的汽車(chē)電子、5G、智能工業(yè)等應(yīng)用普及蓄力。