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      超低功耗MCU之戰(zhàn):競爭愈演愈烈,市場誰主沉浮?超低功耗MC

        由于在三表、醫(yī)療、短距離無線聯(lián)網(wǎng)、安防、家電甚至遠(yuǎn)程控制方面都具有相當(dāng)誘人的應(yīng)用前景,超低功耗MCU技術(shù)正在受到各大半導(dǎo)體廠商的關(guān)注,F(xiàn)reescale與TI最近相繼發(fā)布了其在此項(xiàng)技術(shù)方面的最新突破。巧合的是,兩家公司似乎在有意回避來自對手的競爭——前者發(fā)布的兩款Flexis系列MCU分別采用了8位和32位的架構(gòu),后者帶來的則是16位的MSP430 MCU。此外,瑞薩科技也早已在超低功耗MCU領(lǐng)域耕耘多年,而憑借母公司Swatch集團(tuán)在手表行業(yè)所積累的經(jīng)驗(yàn),來自瑞士的EM Microelectronic也加入了競爭者的行列。
        錯(cuò)位競爭
        TI的首款MSP430系列產(chǎn)品F/C11xx于2000年面世,此后該公司又相繼推出了F12xx、F13x-F14x、F15x-F16x等型號,從而將DA、AD以及乘法器等功能漸漸囊括進(jìn)來,逐漸形成了較為全面的1系列產(chǎn)品線。不過,為了滿足特殊儀表的需求,該公司又在1系列基礎(chǔ)上添加了LCD驅(qū)動模塊,并進(jìn)行了一定的細(xì)分,4系列產(chǎn)品線架構(gòu)開始成型:針對血糖儀的FG46x、針對熱表/水表的F41x、針對電表的FE系列以及針對流量表的FW系列。
      盡管應(yīng)用方向上有所區(qū)分,但1系列與4系列MSP430都同屬8MIPS陣營。然而很快,對于更高性能的需求出現(xiàn)了,這催生了運(yùn)算速度高達(dá)16MIPS但功耗卻只有1系列一半的2系列MSP430的出現(xiàn)。
        最新加入MSP430大家族的兩款產(chǎn)品型號分別為MSP430F47x4和MSP430FG42x0。其中,擁有100個(gè)管腳的MSP430F47x4頻率高達(dá)16MHz,內(nèi)含60KB閃存和2.5KB的RAM。特別需要指出的是,它還創(chuàng)造了MSP430家族4系列產(chǎn)品線中的四個(gè)“第一”:第一款具有16MIPS性能、第一款擁有4個(gè)16位∑-⊿ AD轉(zhuǎn)換器、第一款配置了32x32位硬件乘法器以及第一款提供了2個(gè)USCI的4系列產(chǎn)品。據(jù)稱,該芯片最早定位于日本的2相電表市場,但目前已經(jīng)能夠用于其他需要4個(gè)16位∑-⊿ AD轉(zhuǎn)換器以及32x32位硬件乘法器的應(yīng)用,比如具備防竊電功能的電表。
        與功能強(qiáng)大的MSP430F47x4相比,MSP430FG42x0所對應(yīng)的市場要更加細(xì)分一些。這款面向中低端成本血糖儀市場提供的MCU擁有中型片上系統(tǒng),內(nèi)含32KB閃存和256B的RAM。其RTC電流低于2μA,這意味著高達(dá)10年的電池壽命。MSP430FG42x0的其他亮點(diǎn)還包括:零功耗的欠壓保護(hù)(BOR)、2個(gè)功率放大器、12位數(shù)模轉(zhuǎn)換器、SD16_A模數(shù)轉(zhuǎn)換器以及32 個(gè)GPIO總線接口。
        TI將在2007年第三季度開始供應(yīng)上述兩款芯片的樣片。但選擇這個(gè)時(shí)候可能就要面臨來自飛思卡爾公司的競爭。在不久前舉行的飛思卡爾技術(shù)論壇上,后者發(fā)布了其兩款同樣以超低功耗為應(yīng)用目標(biāo)的Flexis系列MCU。飛思卡爾表示,將在今年7月份推出兩款產(chǎn)品的早期樣片,并于11月份開始量產(chǎn)。這顯然和MSP430的新品發(fā)布撞了檔期。
        飛思卡爾的兩款超低功耗MCU分別是:第一款帶128KB閃存基于S08內(nèi)核的MC9S08QE128和第一款基于ColdFire V1內(nèi)核的器件MCF51QE128。該公司稱,F(xiàn)lexis系列是其Controller Continuum路景圖中8至32位的兼容連接點(diǎn)——設(shè)計(jì)人員可以將研究成果在8位MCU和更高性能的32位MCU之間進(jìn)行相互移植。毫無疑問,打頭陣的兩款產(chǎn)品無疑具有重要的市場戰(zhàn)略意義。“隨著普通消費(fèi)與工業(yè)設(shè)備變的越來越小、越來越先進(jìn)和便于攜帶,提高功效和延長電池壽命就成了關(guān)鍵的要求,而設(shè)計(jì)Flexis QE128的目的就是通過可降低運(yùn)行電壓和電流的優(yōu)化外設(shè)來滿足這些要求。”
        有趣的是,兩家公司“很有默契的”選擇了對方?jīng)]有進(jìn)入的領(lǐng)域,從而形成了TI以16位MCU為主打而飛思卡爾耕耘8位和32位產(chǎn)品的錯(cuò)位競爭局面。不過,TI MSP430微控制器總監(jiān)Mark Witt卻表示,TI之所以選擇從16位產(chǎn)品切入,是因?yàn)椤坝刑喔偁幷咴谔峁?位產(chǎn)品。”他指出,16位產(chǎn)品比8位具有更多的有點(diǎn),而且對于8位市場也同樣適用。
        低功耗技術(shù)各顯神通
        超低功耗MCU市場不僅僅只有TI和飛思卡爾兩家競爭者。在此之前,瑞薩科技就已經(jīng)推出了H8/300L、H8/300H、H8S/2268組和H8S/2264組三個(gè)系列的超小功率(SLP)MCU。其中除了H8/300L為8位產(chǎn)品之外,其他皆為16位架構(gòu)。此外,該公司還在幾個(gè)月前表示,正在研發(fā)新的CPU架構(gòu),其中就有基于現(xiàn)有H8S 16位CPU進(jìn)行的創(chuàng)新。據(jù)稱,新的CPU架構(gòu)將進(jìn)一步擴(kuò)展在低功耗上的性能。“通過使用這種新的架構(gòu),瑞薩旨在將代碼大小減少30%,CPU功耗降低50%。”
        來自瑞士的EM Microelectronics也是超低功耗MCU市場的有力競爭者之一。該公司的EM6812就是面向以電池供電長時(shí)間工作的應(yīng)用。據(jù)稱,這個(gè)8位的RISC架構(gòu)產(chǎn)品執(zhí)行每條指令只需2個(gè)時(shí)鐘周期,且在使用5M晶振時(shí),可能達(dá)到2.5MIPS的速度。此外,其功耗也很有競爭力,可達(dá)到2200MIPS/WATT。而內(nèi)置的掉電檢測和電源檢測功能確保設(shè)備工作在低電壓環(huán)境。,
        為了盡可能的降低Flexis QE128的功耗,飛思卡爾所作的工作可謂不遺余力。首先,MC9S08QE128與MCF51QE128能夠運(yùn)行一個(gè)外部32千赫的可編程、消耗電流小于1μA的振蕩器。其次,兩款芯片還配備了一個(gè)內(nèi)部電壓調(diào)節(jié)器,可幫助將系統(tǒng)從停止模式下快速喚醒(喚醒時(shí)間6μs)。另外,F(xiàn)lexis QE128設(shè)備在停止模式下的功耗也相當(dāng)具有競爭力——最低功耗停止模式下所需的電流僅為370nA。最后,采用時(shí)鐘門控技術(shù)后,通過將時(shí)鐘關(guān)閉到未啟用模式,還可將運(yùn)行模式的功耗再降低三分之一。
        要想在強(qiáng)手如林的超低功耗MCU市場取得一席之地,顯然不是一件容易的事。不過,TI認(rèn)為自己有著與眾不同的地方。“當(dāng)人們在談?wù)摰降凸腗
      CU時(shí),大多數(shù)情況下都沒有將模擬部分包括在內(nèi),而只是僅限于處理器。”Witt指出,MSP430在片上集成了很多低功耗的模擬以及混合信號處理所需的放大器、AD轉(zhuǎn)換以及DA轉(zhuǎn)換器。此外,MSP430還提供了許多競爭產(chǎn)品并不具備的DMA,能夠在CPU不工作時(shí)移動數(shù)據(jù)。“我們的ADC還具有自動掃描功能,可在CPU不工作時(shí)實(shí)現(xiàn)AD采樣,并能夠通過中斷方式來喚醒CPU。”他說。
        TI已經(jīng)有了清晰的超低功耗MCU產(chǎn)品路景圖。Witt表示,接下來的5系列產(chǎn)品將會具有20MIPS的運(yùn)算性能,并配有256KB的閃存。此外,還將提供包括RF接口在內(nèi)的更多更新的選項(xiàng)。
        無線創(chuàng)造無限
        利用Chipcon的Zigbee技術(shù)來提供整體解決方案的做法無疑是此次TI在MSP430上升級換代上的一次創(chuàng)新。在收購了RF收發(fā)器和系統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)公司ChipCon之后,該公司便將前者在低功耗無線技術(shù)Zigbee上的特長毫無保留的應(yīng)用其中,這為該產(chǎn)品在更多需要短距離無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用打開了一扇大門。
        “低功耗無線技術(shù)的很多應(yīng)用都與MSP430的定位相一致。”Witt指出,搭載Zigbee無線技術(shù)的超低功耗MCU無疑將具有無窮的潛力,拜其所賜,許多創(chuàng)新產(chǎn)品將加快速度進(jìn)入市場。這些創(chuàng)新產(chǎn)品包括:在工業(yè)和樓宇自動化控制、無線煙霧/一氧化碳探測器、無線家庭安防、恒溫器、照明和窗簾控制器、老年與殘疾人便攜呼叫按鈕、萬能遙控器、無線鍵盤、鼠標(biāo)、游戲手柄等。此外他還提到了近期較為熱門的無線抄表技術(shù)(AMR)。由于提供了SPI通訊口,新的MSP430器件可配合TI Chipcon芯片,幫助計(jì)量表廠商輕松實(shí)現(xiàn)AMR方案。
        TI的MSP430+Chipcon技術(shù)已經(jīng)能夠滿足高、中、低端三類市場的需求。Witt介紹,MSP430F22xx和MSP430F41x系列主要面向成本敏感的低端應(yīng)用,而MSP430F16x/F23x/F24x則可滿足大多數(shù)的應(yīng)用需求,至于對性能要求較高的高端應(yīng)用,MSP430FG461x/F261x應(yīng)該是理想的選擇。至于可搭載的低功耗無線芯片則包括了CC1xxxx(CC1101)和CC2xxxx(CC2420、CC2500)兩個(gè)系列的收發(fā)器。前者適合頻率低于1GHz的歐洲和美國市場,后者面向頻段為2.4GHz的全球其他地區(qū)。
        醫(yī)療電子,下一個(gè)金礦?
        醫(yī)療電子,低功耗MCU的下一個(gè)金礦?
        Databeans的調(diào)查顯示,2005年的全球醫(yī)療電子終端設(shè)備市場規(guī)模已達(dá)890億美元。其中,醫(yī)療成像(X光、CT/MRI/PET掃描、ECG、超聲波)、家用醫(yī)療電子(血糖儀、數(shù)字體溫計(jì)、數(shù)字血壓計(jì)、膽固醇監(jiān)測器)、醫(yī)院診療(移植手術(shù)設(shè)備、診斷儀器、病患監(jiān)護(hù)、自動體外心臟除顫器)各占330、190以及370億。而IMS Research、GE醫(yī)療部門和TI聯(lián)合提供的數(shù)據(jù)則稱,2005年醫(yī)療電子半導(dǎo)體市場已達(dá)11.2億美元,而在接下來的10年中將保持16%的年均復(fù)合增長率,在2015年達(dá)到49.4億美元。
        醫(yī)療電子市場正在呈現(xiàn)的一些趨勢足以讓半導(dǎo)體廠商認(rèn)為,他們已經(jīng)找到了繼通信與消費(fèi)類電子之后的下一個(gè)業(yè)務(wù)增長的引擎。首先,越來越多的家庭正在開始購買這種產(chǎn)品。電子助聽器以及在電視廣告上頻頻露面的電子血糖儀、數(shù)字體溫計(jì)就是明證。其次,超聲波、病患護(hù)理所需的復(fù)雜成像和監(jiān)護(hù)系統(tǒng)正在日益走向便攜化。而對長期服役的微型化可移植設(shè)備的需求也在不斷上升。與此同時(shí),功能融合的趨勢也在加速,比如將血壓計(jì)和血糖儀的功能集成在一起。除此之外,為了方便醫(yī)護(hù)人員對病患進(jìn)行全天24小時(shí)的監(jiān)控,一些設(shè)備還對網(wǎng)絡(luò)和無線技術(shù)提出了要求。最后則是以中國、印度為代表的新興市場的巨大潛力。在接下來的數(shù)年內(nèi),這些市場對醫(yī)療電子的需求將會出現(xiàn)爆炸性增長。
        Microchip已經(jīng)在去年成立了醫(yī)療產(chǎn)品部。Intel也希望在醫(yī)療電子市場分得一杯。不過,對于便攜式或具有簡單功能的醫(yī)療電子來說,超低功耗則是必須的。瑞薩科技就將血糖儀、心率監(jiān)視器、溫度計(jì)和體重計(jì)等作為超低功耗MCU的目的應(yīng)用之一,而飛思卡爾的Flexis也同樣盯上了醫(yī)療電子市場。Witt表示,TI已經(jīng)在低功耗無線技術(shù)、高性能DSP、低功耗DSP、低功耗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器上擁有能夠適應(yīng)上述市場趨勢的一系列半導(dǎo)體方案。此外,超低功耗的MSP430也將AD、DA、閃存、SPI、USB接口、LCD驅(qū)動以及等各種功能集成在了一起,為便攜式低功耗醫(yī)療電子帶來完整的解決方案。這家公司已經(jīng)將所有同醫(yī)療電子相關(guān)的產(chǎn)品資料歸納在了一起,推出了包括CPU、DSP等在內(nèi)的全新的醫(yī)療電子指南。
        然而,中國的醫(yī)療電子市場還沒有真正起飛。因此對于MSP430來說,目前中國市場最大的潛在應(yīng)用也許是電表。但如何在已經(jīng)牢牢扎根中國電表市場的ADI以及后起之秀上海貝嶺展開競爭,就不是純粹的技術(shù)競爭那么簡單了。

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