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CMIC取代MCU-迅速滲入嵌入式控制應用

已有 1953 次閱讀2017-5-10 16:58 |個(gè)人分類(lèi):技術(shù)專(zhuān)刊| CMIC, MCU, 芯片, 模擬, 工程設計

可配置混合信號IC和異步狀態(tài)機有助于優(yōu)化嵌入式設計 

更低功耗、更安全和更容易實(shí)現MCU的替代

I. 簡(jiǎn)介

SoCMCU需要外部電路實(shí)現電源管理、人機接口或連接傳感器。因此,設計中幾乎總是需要比較器、運算放大器、電平轉換器、各種邏輯和分立式晶體管。而SoC幾乎從來(lái)就不是真的片上系統。

在某些情況下,所需的支持邏輯會(huì )被植入到低端FPGA中,但通常這些分立式元件的成本加起來(lái)并不低。這不是一個(gè)好的解決方案,因為FPGA不能滿(mǎn)足模擬或分立式元件的需要。

對嵌入式器件來(lái)說(shuō),由于MCUSoC不能滿(mǎn)足所有可能的傳感器、電源和連接選項,這一挑戰將會(huì )變得更為明顯。

II. 可配置混合信號IC 

可配置混合信號ICCMIC)為應對這些挑戰提供了一個(gè)明智的解決方案。CMIC是通過(guò)一次性可編程(OTP)非易失性存儲器配置的具有數字模擬電路功能的矩陣。

這類(lèi)新器件的先驅和領(lǐng)導者就是Silego Technologyhttp://www.silego.com.cn/home_cn.html。自2009年推出CMIC以來(lái),Silego已經(jīng)完成了超過(guò)1300種客戶(hù)設計,而CMIC出貨量在20億以上。

SilegoCMIC提供了異步狀態(tài)機(ASM)和各種模擬及數字資源,便于設計人員配置成混合信號電路。 

設計人員可以抓取這些資源,并用原理圖繪制工具對其進(jìn)行布線(xiàn),他們也可以利用Silegohttp://www.silego.com.cn/home_cn.html硬件開(kāi)發(fā)工具來(lái)仿真設計。如果他們對設計感到滿(mǎn)意,就可以用板上OTP存儲器進(jìn)行CMIC器件編程。

CMIC可用于各種基本混合信號功能,包括電機控制、系統復位、電源測序等等。

III. CMIC優(yōu)勢 

相比傳統分立式器件和模擬,CMIC為嵌入式設計人員和制造商帶來(lái)了多種優(yōu)勢。

 

A. 嵌入式設計需要優(yōu)化電板空間

十幾個(gè)甚至更多元件可能占用寶貴的空間,而這些空間可供較大的電池或更薄的外形尺寸加以利用。CMIC可將幾個(gè)元件集成在尺寸小至1.0x1.2mm的一個(gè)小的產(chǎn)品中。

B. 嵌入式設計需要更方便、更迅速的方式實(shí)現創(chuàng )新和原型設計

從印刷電路板設計、元件訂購、電路板制造、組裝、調試和修改,傳統電路原型設計不是花上幾周就是好幾天。而CMIC設計、仿真和原型設計在一天之內便可完成。

C. 嵌入式設計需要更低的物料清單成本

CMIC有助于減少分立式與模擬元件的材料成本。最近在embedded.com上有一篇設計分析強調,用1個(gè)0.35美元CMIC可替代1.50美元的電平轉換和比較器電路。

D. 嵌入式開(kāi)發(fā)人員想要難以復制的保密設計

CMIC內部的定制電路與全定制IC一樣安全,只有設計人員、指定的ODM和供應鏈合作伙伴才可獲得。

IV. 針對嵌入式應用的無(wú)靜態(tài)功耗和無(wú)代碼ASM與低功耗MCU的對比

便攜式系統通常使用低功耗微控制器來(lái)解決尺寸和電池壽命的問(wèn)題。Silego的帶ASMCMIC提供了一種替代解決方案。以下比較說(shuō)明了微控制器和CMICASM之間的設計權衡。

A. 處理MCU代碼

Silego的第五代GreenPAK CMIC中的ASM包含8態(tài)和24個(gè)可能值推斷。ASM代表一個(gè)有多達24個(gè)IF...THEN語(yǔ)句的MCU程序。當一起考慮8態(tài)ASM功能與硬件輸入和輸出電路時(shí),CMIC可以表示為大致用于常見(jiàn)8位和16MCU100行標準C代碼。

CMIC ASM是由事件驅動(dòng)的,且無(wú)需時(shí)鐘操作。因此,當沒(méi)有事件時(shí),ASM便會(huì )保持一種狀態(tài),而沒(méi)有靜態(tài)功耗。因此,帶有有限輸入周期的應用便可在室溫下以漏電流功耗很好運行,僅消耗個(gè)位數納安級平均電流。

B. 處理嵌入式控制問(wèn)題

Silego優(yōu)化了ASM,減輕了眾所周知的風(fēng)險和競態(tài)條件、編程/配置難題,同時(shí)保留了針對需要不到100行代碼的簡(jiǎn)單(多達8態(tài))嵌入式控制問(wèn)題所固有的低功耗、低延遲的好處嵌入式。

C. Over kill微控制器 CMIC ASM值的對比

微控制器在尺寸和功率方面往往效率低下。不難發(fā)現,在應用中使用的MCU用到的馬力不足1%。CMICASM卻非常適合簡(jiǎn)單的嵌入式控制應用,尤其是超低功耗應用(見(jiàn)圖1)。

 

D. 中斷延遲 (nsus)

微控制器的一個(gè)重要基準是,在核執行中斷服務(wù)程序(ISR)的第一條指令之前,來(lái)自外部信號中斷的時(shí)間有多短,這就是所謂中斷延遲。MCU中斷延遲通常在510us。

ASM相當于以納秒計算中斷延遲,如果CMIC5V電源工作,延遲最長(cháng)只有50ns。

E. VDD變化

CMIC ASM在寬電壓范圍內工作。正確設計的ASM得以保證無(wú)風(fēng)險、無(wú)態(tài)條件,因為每個(gè)ASM信號路徑都是由信號長(cháng)度和門(mén)電路來(lái)保證。因此,隨著(zhù)VDD變化,傳播延遲也是如此。不過(guò),傳播延遲都是匹配,因性能可以保證。

另一方面,微控制器用信號進(jìn)行時(shí)鐘控制,這VDD關(guān)系不大。隨著(zhù)VDD變化,MCU傳播延遲改變,因為時(shí)序不會(huì )改變,時(shí)序余量很快受到影響。

F. 崩潰與否

設計和系統缺陷可能導致微控制器崩潰,包括:寫(xiě)得很差的軟件、時(shí)序問(wèn)題、中斷延遲的誤判、棧內存不夠、內存泄漏,以及程序內存誤寫(xiě)。

SilegoASMNVM位進(jìn)行了硬件配置,沒(méi)有時(shí)序問(wèn)題、以納秒衡量延遲、無(wú)內存、無(wú)內存泄漏、而且不會(huì )有意無(wú)意地寫(xiě)程序內存,因此本質(zhì)上更能防止VDD噪聲電壓過(guò)低的情況。

G. 基于無(wú)代碼GUI的工具與典型MCU工具的對比

CMIC ASM利用GreenPAK Designer開(kāi)發(fā)環(huán)境進(jìn)行配置。軟件是一款簡(jiǎn)單易用的原理圖捕獲編輯器,可以將典型MCU工具幾個(gè)月的學(xué)習時(shí)間縮短到SilegoGPAK的幾天時(shí)間。

 

H. CMIC尺寸與低功耗MCU的對比

CMIC沒(méi)有MCU架構的復雜性,通常也比較小。如果CMIC產(chǎn)品可以執行控制功能,那么它通常也是市場(chǎng)上最小的可編程選項。

V. CMIC讓嵌入式設計更簡(jiǎn)單,產(chǎn)品更好

綜上所述,8態(tài)ASM小型CMIC可用于各種嵌入式控制應用,而這在以前本該是微型控制器的專(zhuān)屬領(lǐng)域。輕松配置的ASM為對IoT、便攜式、嵌入式應用很重要的超快狀態(tài)轉換、泄漏等級靜態(tài)電流消耗、魯棒設計,以及電源電壓容差等帶來(lái)了主要優(yōu)勢。此外,CMIC還提供了很多好處,將有助于嵌入式設計人員實(shí)現更大的產(chǎn)品利潤。

發(fā)表評論 評論 (1 個(gè)評論)

回復 silego 2017-5-12 09:22
這是silego的一個(gè)技術(shù)專(zhuān)刊,后期我會(huì )整理更多的專(zhuān)刊和設計案例給大家分享,希望大家能多多支持!

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