由于在三表、醫(yī)療、短距離無(wú)線(xiàn)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(chǎng)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(lái)自對(duì)手的競(jìng)爭(zhēng)——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(lái)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(lái)自瑞士的EM Microelectronic也加入了競(jìng)爭(zhēng)者的行列。
錯(cuò)位競(jìng)爭(zhēng)
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(hào)，從而將DA、AD以及乘法器等功能漸漸囊括進(jìn)來(lái)，逐漸形成了較為全面的1系列產(chǎn)品線(xiàn)。不過(guò)，為了滿(mǎn)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(dòng)模塊，并進(jìn)行了一定的細(xì)分，4系列產(chǎn)品線(xiàn)架構(gòu)開(kāi)始成型：針對(duì)血糖儀的FG46x、針對(duì)熱表/水表的F41x、針對(duì)電表的FE系列以及針對(duì)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(yíng)。然而很快，對(duì)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(hào)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(xiàn)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(chēng)，該芯片最早定位于日本的2相電表市場(chǎng)，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(duì)應(yīng)的市場(chǎng)要更加細(xì)分一些。這款面向中低端成本血糖儀市場(chǎng)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(xiàn)接口。
TI將在2007年第三季度開(kāi)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(lái)自飛思卡爾公司的競(jìng)爭(zhēng)。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(kāi)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(chēng)，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(wú)疑問(wèn)，打頭陣的兩款產(chǎn)品無(wú)疑具有重要的市場(chǎng)戰(zhàn)略意義?！半S著普通消費(fèi)與工業(yè)設(shè)備變的越來(lái)越小、越來(lái)越先進(jìn)和便于攜帶，提高功效和延長(zhǎng)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(guò)可降低運(yùn)行電壓和電流的優(yōu)化外設(shè)來(lái)滿(mǎn)足這些要求?！?
有趣的是，兩家公司“很有默契的”選擇了對(duì)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(jìng)爭(zhēng)局面。不過(guò)，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?jìng)爭(zhēng)者在提供8位產(chǎn)品?！彼赋?，16位產(chǎn)品比8位具有更多的有點(diǎn)，而且對(duì)于8位市場(chǎng)也同樣適用。
超低功耗MCU市場(chǎng)潛力無(wú)限。
低功耗技術(shù)各顯神通
超低功耗MCU市場(chǎng)不僅僅只有TI和飛思卡爾兩家競(jìng)爭(zhēng)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(chēng)，新的CPU架構(gòu)將進(jìn)一步擴(kuò)展在低功耗上的性能?！巴ㄟ^(guò)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(lái)自瑞士的EM Microelectronics也是超低功耗MCU市場(chǎng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者之一。該公司的EM6812就是面向以電池供電長(zhǎng)時(shí)間工作的應(yīng)用。據(jù)稱(chēng)，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(jìng)爭(zhēng)力，可達(dá)到2200MIPS/WATT。而內(nèi)置的掉電檢測(cè)和電源檢測(cè)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(jìng)爭(zhēng)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(mén)控技術(shù)后，通過(guò)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(chǎng)取得一席之地，顯然不是一件容易的事。不過(guò)，TI認(rèn)為自己有著與眾不同的地方?！爱?dāng)人們?cè)谡務(wù)摰降凸腗CU時(shí)，大多數(shù)情況下都沒(méi)有將模擬部分包括在內(nèi)，而只是僅限于處理器?！盬itt指出，MSP430在片上集成了很多低功耗的模擬以及混合信號(hào)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(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品并不具備的DMA，能夠在CPU不工作時(shí)移動(dòng)數(shù)據(jù)?！拔覀兊腁DC還具有自動(dòng)掃描功能，可在CPU不工作時(shí)實(shí)現(xiàn)AD采樣，并能夠通過(guò)中斷方式來(lái)喚醒CPU?！彼f(shuō)。
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(lái)的5系列產(chǎn)品將會(huì)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(wú)線(xiàn)創(chuàng)造無(wú)限
利用Chipcon的Zigbee技術(shù)來(lái)提供整體解決方案的做法無(wú)疑是此次TI在MSP430上升級(jí)換代上的一次創(chuàng)新。在收購(gòu)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(wú)線(xiàn)技術(shù)Zigbee上的特長(zhǎng)毫無(wú)保留的應(yīng)用其中，這為該產(chǎn)品在更多需要短距離無(wú)線(xiàn)聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用打開(kāi)了一扇大門(mén)。
采用MSP430的血壓計(jì)電路模塊圖
“低功耗無(wú)線(xiàn)技術(shù)的很多應(yīng)用都與MSP430的定位相一致?！盬itt指出，搭載Zigbee無(wú)線(xiàn)技術(shù)的超低功耗MCU無(wú)疑將具有無(wú)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(chǎng)。這些創(chuàng)新產(chǎn)品包括：在工業(yè)和樓宇自動(dòng)化控制、無(wú)線(xiàn)煙霧/一氧化碳探測(cè)器、無(wú)線(xiàn)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(wàn)能遙控器、無(wú)線(xiàn)鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、游戲手柄等。此外他還提到了近期較為熱門(mén)的無(wú)線(xiàn)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(chǎng)商輕松實(shí)現(xiàn)AMR方案。
TI的MSP430+Chipcon技術(shù)已經(jīng)能夠滿(mǎn)足高、中、低端三類(lèi)市場(chǎng)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(mǎn)足大多數(shù)的應(yīng)用需求，至于對(duì)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(wú)線(xiàn)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(guó)市場(chǎng)，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(chǎng)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(cè)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(dòng)體外心臟除顫器)各占330、190以及370億。而IMS Research、GE醫(yī)療部門(mén)和TI聯(lián)合提供的數(shù)據(jù)則稱(chēng)，2005年醫(yī)療電子半導(dǎo)體市場(chǎng)已達(dá)11.2億美元，而在接下來(lái)的10年中將保持16%的年均復(fù)合增長(zhǎng)率，在2015年達(dá)到49.4億美元。
醫(yī)療電子市場(chǎng)正在呈現(xiàn)的一些趨勢(shì)足以讓半導(dǎo)體廠(chǎng)商認(rèn)為，他們已經(jīng)找到了繼通信與消費(fèi)類(lèi)電子之后的下一個(gè)業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的引擎。首先，越來(lái)越多的家庭正在開(kāi)始購(gòu)買(mǎi)這種產(chǎn)品。電子助聽(tīng)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(duì)長(zhǎng)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(shì)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(duì)病患進(jìn)行全天24小時(shí)的監(jiān)控，一些設(shè)備還對(duì)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)技術(shù)提出了要求。最后則是以中國(guó)、印度為代表的新興市場(chǎng)的巨大潛力。在接下來(lái)的數(shù)年內(nèi)，這些市場(chǎng)對(duì)醫(yī)療電子的需求將會(huì)出現(xiàn)爆炸性增長(zhǎng)。
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(chǎng)分得一杯。不過(guò)，對(duì)于便攜式或具有簡(jiǎn)單功能的醫(yī)療電子來(lái)說(shuō)，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(chǎng)。Witt表示，TI已經(jīng)在低功耗無(wú)線(xiàn)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(chǎng)趨勢(shì)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(dòng)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(lái)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(guó)的醫(yī)療電子市場(chǎng)還沒(méi)有真正起飛。因此對(duì)于MSP430來(lái)說(shuō)，目前中國(guó)市場(chǎng)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(guó)電表市場(chǎng)的ADI以及后起之秀上海貝嶺展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)，就不是純粹的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)那么簡(jiǎn)單了。
作者：王彥
（轉(zhuǎn)載）
