I. 簡(jiǎn)介

SoC和MCU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MCU或SoC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IC（CMIC）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。

Silego的CMIC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美元的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ASM的CMIC提供了一種替代解決方案。以下比較說(shuō)明了微控制器和CMIC的ASM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16位MCU的100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 與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%。CMIC的ASM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 (ns與us)

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，這就是所謂的中斷延遲。MCU中斷延遲通常在5至10us。

ASM相當于以納秒計算的中斷延遲，如果CMIC以5V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)競態(tài)條件，因為每個(gè)ASM信號路徑都是由信號長(cháng)度和門(mén)電路數來(lái)保證的。因此，隨著(zhù)VDD變化，傳播延遲也是如此。不過(guò)，傳播延遲都是匹配的，因而性能可以保證。

另一方面，微控制器用信號進(jìn)行時(shí)鐘控制，這與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)序余量將很快受到影響。

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，以及程序內存的誤寫(xiě)。

Silego的ASM用NVM位進(jìn)行了硬件配置，沒(méi)有時(shí)序問(wèn)題、以納秒衡量的延遲、無(wú)棧內存、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噪聲和電壓過(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。該軟件是一款簡(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Silego的GPAK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，有8態(tài)ASM的小型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。