關(guān)于SiLabs Precision32單片機的詳細分析報告

本文介紹了Silicon Labs公司新型Precision32單片機產(chǎn)品．該公司首次推出的32位MCU.除了具有兼容ARM的cPU之外，芯片還集成USB和多種模擬組件，以及常見(jiàn)的Flash閃存、SRAM，定時(shí)器和串行接口等。本文由Silicon Labs贊助，但所有意見(jiàn)和分析均來(lái)源于作者本人。

Silicon Labs深耕單片機行業(yè)

大多數人熟知Silicon Labs公司是由于其模擬與混合信號技術(shù)。該公司具有集成高性能模擬外設與數字電路的CMOS專(zhuān)業(yè)設計經(jīng)驗。這一專(zhuān)長(cháng)體現在多種IP區塊中，例如模擬-數字轉換器(ADC)和數字．模擬轉換器(DAC)、數字隔離器、數字鎖相環(huán)、USB、RF、傳感器等。該公司通過(guò)集成這些區塊創(chuàng )建出針對特定應用的產(chǎn)品，包括SLIC和DAA器件（用于VoIP設備）、AM/FM無(wú)線(xiàn)電接收器和發(fā)射器、硅電視調諧器、電容式觸摸傳感器、USB橋接器和可編程時(shí)鐘產(chǎn)品。

較少為人知的是，Silicon Labs公司在單片機(MCU)市場(chǎng)耕耘多年。這方面的經(jīng)驗可以追溯到1999年，當時(shí)一家Cygnal Integrated Products公司開(kāi)始推出一系列混合信號MCU產(chǎn)品。Silicon Labs公司2003年收購Cygnal公司的時(shí)候，該公司已發(fā)布50多款8位MCU產(chǎn)品。該公司開(kāi)發(fā)的管線(xiàn)式結構兼容805 1的CPU最高可運行在100MHz。除了快速CPU外，這些單片機還包括ADC、DAC、振蕩器、穩壓器和其他模擬功能。

自從完成收購，Silicon Labs持續不斷的投入單片機、擴展其產(chǎn)品線(xiàn)，集成多種模擬產(chǎn)品技術(shù)到MCU之中，許多MCU版本包括RF.USB和其他通信接口。公司還利用其在模擬技術(shù)上的專(zhuān)長(cháng)減少單片機功耗，包括工作模式功耗，以及休眠模式功耗。

現在，Silicon Labs提供多種混合信號8位單片機，最小封裝為2rrirr12 0系列芯片廣泛應用于工業(yè)、嵌入式、消費和通信領(lǐng)域，尤其是需要小封裝、模擬特性和低功耗的應用領(lǐng)域。

基于A(yíng)RM的Precision32 MCU

為擴展其單片機產(chǎn)品線(xiàn)，Silicon Labs公司最近推出32位MCU系列新產(chǎn)品。新型Precision32產(chǎn)品內含ARM CPU，充分利用ARM架構所擁有的軟件和工具優(yōu)勢。ARM是業(yè)界最受歡迎的指令系統，擁有大量供應商和可觀(guān)的年出貨量，雖然這一成功大部分來(lái)自手機市場(chǎng)，現在A(yíng)RM也正迅速成為32位MCU出貨量領(lǐng)導者。

Silicon Labs Precision32系列產(chǎn)品采用ARM Cortex-M3 CPU，運行速度最高可達80MHz。雖然這個(gè)時(shí)鐘速度并不比Silicon Labs 8位MCU快，但是ARM 32位架構更適合現代編譯軟件和其他使用16位或32位數據代碼. Cortex-M3支持ARM Thumb2模式，通過(guò)盡可能壓縮指令到1 6位，減少代碼大小。因此，ARM CPU代碼大小與8051或其他8位指令系統的代碼比較而言，大小相當甚至更少。

Precision32產(chǎn)品結合Cortex-M3 CPU和多種模擬組件，其中許多組件同樣應用于該公司8位單片機產(chǎn)品。這些組件包括：兩個(gè)12位ADC、兩個(gè)10位DAC，一個(gè)振蕩器、一個(gè)穩壓器、以及一個(gè)1 6通道觸摸傳感器。該產(chǎn)品還包括Flash閃存、定時(shí)器、計數器和串行接口等，如圖1所示。

圖1．Precision32，單片機框圖。新型Silicon Labs MCU結合Cortex-M3 CPU、Flash閃存、多種模擬接口。

首先發(fā)布的Precision32產(chǎn)品有兩種基本類(lèi)型：帶USB和不帶USB。前者支持USB 2.0全速(12Mbps)，不支持高速。每種類(lèi)型產(chǎn)品Flash閃存容量范圍為32-256KB。公司提供帶引腳和不帶引腳封裝類(lèi)型，支持QFN-40封裝（最小尺寸6mm)、QFN-64封裝、QFP-64封裝、TQFP-80封裝和LGA-92封裝（最大I/O引腳配置）。值得注意的是即使最小尺寸6mm版本的器件也支持最大256KB閃存容量?？傊?，此次公司推出的32位系列產(chǎn)品與眾不同。所有初始發(fā)布的產(chǎn)品現已開(kāi)始提供樣品，并預計在2012年第2季度大量生產(chǎn)。

降低系統成本

通過(guò)減少數個(gè)外圍元器件，Precision32 MCU高模擬集成度降低系統成本。例如大多數MCU需要外部晶體振蕩器，以便在較快速度下（例如8MHz）運行。這種晶體成本大約1 0美分。Precision32 MCU僅需要使用其內部振蕩器和PLL即可讓USB接口工作，而無(wú)需外部晶體。內部振蕩器采用時(shí)鐘恢復技術(shù)，在PVT（工藝、電壓、溫度）范圍內可提供1.5%精確度，而這在USB規格允許的公差范圍內。第二個(gè)內部振蕩器產(chǎn)生80MHz CPU時(shí)鐘（也具有1.59~ PVT），他利用USB時(shí)鐘（無(wú)需外部晶體）或便宜的32kHz晶體生成。

同樣，采用片內電壓調節器即無(wú)需使用片外調節器，片外調節器成本大約為15美分。片內電壓調節器允許Silicon Labs芯片直接在5v電源工作，如果需要，他甚至能夠通過(guò)USB直接供電。片內電壓調節器也能夠對外驅動(dòng)輸出供電，且電壓可編程，這使得MCU可以為外部IC提供電源，無(wú)需外部電壓調節器。另外，輸出電源也可以作為恒流源驅動(dòng)LED顯示屏的背光，一個(gè)獨立LED背光控制器成本約為3 0美分。

MCU還提供了6個(gè)高驅動(dòng)輸出引腳，每個(gè)能夠輸出300mA或輸入150mA。足夠直接驅動(dòng)功率MOSFET、高功率LED、蜂鳴器和類(lèi)似組件。由于一個(gè)高驅動(dòng)片外晶體管大約增加4美分系統成本，因此這些輸出總計最多可節省24美分。此外，該芯片可以直接連接高達1 6個(gè)電容觸摸傳感器。這種類(lèi)型的傳感器越來(lái)越多應用到消費類(lèi)電子和其他設備中，以替代機械按鍵，機械按鍵通常更加昂貴，并且可能導致失效。如果使用外部觸摸控制器則可能另外花費高達50美分。

圖2：集成模擬元器件能節約成本。這張圖片顯示出典型的基于MCU設計中，高集成度Precision32芯片能替代數種外圍元器件。