賦能藍牙和電源管理，Dialog躋身32位MCU領(lǐng)域
加入技術(shù)交流群
摘要：作為MCU市場(chǎng)的后來(lái)者，要利用自己的原有優(yōu)勢跨界進(jìn)入。例如Dialog半導體公司擅長(cháng)電源管理、模擬芯片和藍牙芯片等，不久前，該公司重磅推出了32位產(chǎn)品——藍牙低功耗無(wú)線(xiàn)多核MCU。公司低功耗連接業(yè)務(wù)部總監Mark de Clercq接受了電子產(chǎn)品世界等媒體的采訪(fǎng)。
1 SmartBond? DA1469x藍牙低功耗SoC系列的特點(diǎn)
半導體公司的新產(chǎn)品是藍牙低功耗SoC系列，包括4個(gè)型號，均建立在Dialog SmartBond?產(chǎn)品線(xiàn)的成功基礎之上（如圖1），為廣泛的IoT連網(wǎng)消費類(lèi)應用提供更強的處理能力、更多資源、更大的覆蓋范圍、和更長(cháng)的電池續航能力。此次發(fā)布的DA1469x是第一個(gè)采用基于A(yíng)RM處理器的專(zhuān)用應用處理器的量產(chǎn)無(wú)線(xiàn)MCU系列。M33為高端健身追蹤器、先進(jìn)智能家居設備和虛擬現實(shí)游戲控制器等計算密集型應用提供更強大的處理能力。
系列為開(kāi)發(fā)人員提供了先進(jìn)的連接功能，可以滿(mǎn)足多種應用的需求，并使其經(jīng)得起未來(lái)的考驗。其新型集成無(wú)線(xiàn)電提供的覆蓋范圍是前代產(chǎn)品的兩倍，結合基于A(yíng)RM的軟件可編程數據包引擎，可部署協(xié)議并為無(wú)線(xiàn)通信提供充分的靈活性。
在連接方面，一個(gè)新興的應用是制造商通過(guò)新推出的藍牙5.1標準中的到達角度（，AoA）和離開(kāi)角度（AoD）特性實(shí)現精準定位。DA1469x符合此標準的新版本，為樓宇門(mén)禁和遠程無(wú)鑰開(kāi)鎖系統等需要精準室內定位的設備開(kāi)辟了新的機會(huì )。
為了增強系列的傳感功能，M33應用處理器和M0+協(xié)議引擎配備了傳感器節點(diǎn)控制器（SNC），該SNC基于可編程微型DSP，可自主運行并獨立處理來(lái)自與其數字和模擬接口相連的傳感器的數據，只在需要時(shí)喚醒應用處理器。除了該節能特性外，其最先進(jìn)的電源管理單元（PMU）
還可以通過(guò)控制不同的處理內核，并只在需要的時(shí)候激活它們，提供業(yè)內最佳的電源管理。
開(kāi)發(fā)人員可以利用DA1469x系列全面的計算能力和功能。該SoC系列提供高達144 DMIPS、RAM、內存保護、浮點(diǎn)單元、專(zhuān)用加密引擎等，提供端到端的安全性和可擴展的存儲器，確?？梢岳迷撔酒M系列實(shí)現廣泛的先進(jìn)智能設備應用，并支持一系列關(guān)鍵的增值接口，進(jìn)一步拓展功能。
PMU還提供3個(gè)穩壓電源軌和1個(gè)LDO輸出，為外部系統元件供電，無(wú)需額外的電源管理IC（PMIC）。
此外，DA1469x產(chǎn)品系列還配備了一系列關(guān)鍵的增值接口，包括顯示驅動(dòng)器、音頻接口、USB、高精度ADC、能驅動(dòng)ERM和LRA電機的觸覺(jué)控制驅動(dòng)器、以及可編程步進(jìn)電機控制器。
2 熱門(mén)問(wèn)答
2.1 與其他MCU相比的特色
問(wèn)：和其他MCU公司開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)MCU相比，這款產(chǎn)品的最大不同是什么？
答：我們的優(yōu)勢主要是能夠集成一些高度復雜的模擬電路和電源管理單元。因為其他沒(méi)有一家供應商能夠集成電源管理單元，還有電池的充電器，還包括一些模擬電路中非常特別的，比如觸覺(jué)驅動(dòng)器、自動(dòng)電機控制器和白光LED驅動(dòng)等等，這些模擬電路是比較難集成的，我們可以集成這些高度復雜的模擬電路。集成后，節省了PCB（印制板）占板空間和成本（如圖2）。
問(wèn)：這個(gè)產(chǎn)品有兩個(gè)大類(lèi)，一個(gè)是通用型，一個(gè)專(zhuān)用型，能不能介紹一下專(zhuān)用型主要面向哪些應用？
答：專(zhuān)用型應用包括可穿戴設備、虛擬現實(shí)、遙控、游戲控制器、有語(yǔ)音控制的高端機頂盒遙控等。還包括像使用可充電電池的電子煙、智能家居門(mén)鎖和高端玩具等，這些應用需要一些專(zhuān)用的外設去實(shí)現。
問(wèn)：智能門(mén)鎖的應用場(chǎng)景如何？
答：智能家居當中會(huì )應用到一系列不同的技術(shù)，例如藍牙mesh技術(shù)，Dialog是支持的。另外，Dialog還支持藍牙領(lǐng)域的另一個(gè)標準：HomeKit。為什么智能門(mén)鎖比較重要呢？我們看今天的電子門(mén)鎖，門(mén)其實(shí)不能探測人是在哪里的，你需要跟門(mén)鎖交互之后才能開(kāi)門(mén)。但是有了藍牙5.1里的通過(guò)到達角度和離開(kāi)角度實(shí)現定位功能，門(mén)鎖就可以感知到人是在屋內還是屋外，是在一層或是在哪里，然后決定是否要開(kāi)關(guān)門(mén)。
2.2 無(wú)線(xiàn)和藍牙5.1
問(wèn)：新型無(wú)線(xiàn)電提供的覆蓋范圍是前代產(chǎn)品的兩倍，請問(wèn)這兩倍的提升是怎么達到的？如果覆蓋范圍達到前代產(chǎn)品兩倍提升的話(huà)，是不是功耗也有增加？
答：我們覆蓋范圍的擴展，主要是將輸出功率從0dBM升級到6 dBm，還有接收靈敏度也提高了4 dBm。
說(shuō)到功耗，Dialog實(shí)現0 dBm功率輸出的RF前端的功耗已經(jīng)是下降了，但是如果要達到6 dBm，確實(shí)功耗是上升。但這是取決于用戶(hù)的選擇，用戶(hù)在應用中可以選擇讓輸出功率是6還是5、4、3、2、1、0 dBm 甚至更低，可以根據應用不同而動(dòng)態(tài)調節功耗。
問(wèn)：同樣是2.4 GHz，為什么這款芯片只支持藍牙？
答：我們其實(shí)考量了Thread和IEE 802.15.4的協(xié)議，而且也在上一代產(chǎn)品中的一個(gè)產(chǎn)品有Thread，但是因為這兩種協(xié)議的市場(chǎng)發(fā)展非常緩慢，所以我們就決定只關(guān)注藍牙市場(chǎng)，因為藍牙的發(fā)展速度快，潛力也更大一些。
問(wèn)：在工業(yè)領(lǐng)域，目前大部分用厘米級的定位，用UWB的方案。藍牙5.1能否部分取代UWB的市場(chǎng)？
答： UWB確實(shí)也是針對定位和物品追蹤技術(shù)的，現在我們評論可能還為時(shí)尚早，因為藍牙5.1和UWB這兩項技術(shù)都還處于試圖打入市場(chǎng)的階段。不過(guò)藍牙有一個(gè)優(yōu)勢，就是它已經(jīng)集成在智能手機里了。除非UWB也集成到智能手機中，不然對于UWB來(lái)說(shuō)，是多一層進(jìn)入市場(chǎng)的障礙。如果讓你選擇，在智能手機中增加一個(gè)新的無(wú)線(xiàn)電，并增加功耗和成本，還是用現有的技術(shù)，比如藍牙？可見(jiàn)藍牙比較占優(yōu)勢。
問(wèn)：藍牙5.1的覆蓋范圍是多大？
答：覆蓋范圍跟舊版標準沒(méi)有太大的差別，因為到達角不是確定覆蓋范圍的因素，覆蓋范圍主要還是由天線(xiàn)的性能來(lái)決定的。
另外AoA里面因為是多個(gè)天線(xiàn)，會(huì )釋放出波束，波束是向外擴展的。離發(fā)射源越遠的話(huà)，波束覆蓋的范圍越廣，但是精度就越低。
為了提高精確度，有的客戶(hù)會(huì )使用超過(guò)兩個(gè)天線(xiàn)，例如三四個(gè)天線(xiàn)進(jìn)行三角定位，或者使用兩個(gè)不同的接收器，通過(guò)兩個(gè)波束交叉部分來(lái)實(shí)現更精確的空間定位。
問(wèn)：今天的產(chǎn)品支持AoA和AoD，如果支持尋向功能，是不是通過(guò)軟件功能能做到？
答：實(shí)際上，AoA和AoD就是尋向功能特性。尋向功能的實(shí)現有兩種方法，一個(gè)是通過(guò)AoA，發(fā)射器有一個(gè)天線(xiàn)，接收器有兩個(gè)及以上天線(xiàn)，來(lái)接收信號。另外一個(gè)方法是AoD，發(fā)射器有多個(gè)天線(xiàn)，通過(guò)發(fā)射器上的多個(gè)天線(xiàn)發(fā)射一個(gè)信號，而接收器端只有一個(gè)天線(xiàn)，但它實(shí)時(shí)收到來(lái)自多個(gè)天線(xiàn)的信號，來(lái)確定角度。
不管是AoA還是AoD，發(fā)射和接收端中，總是有一方是一個(gè)天線(xiàn)，另一方是兩個(gè)及以上的天線(xiàn)。對于只有一個(gè)天線(xiàn)的那端，不管是接收器還是發(fā)射器，它的協(xié)議引擎的設計都足夠靈活，可以通過(guò)軟件升級更新來(lái)實(shí)現這個(gè)特性。但是對于有多個(gè)天線(xiàn)的一端，就需要新的設計了，單純的軟件升級做不到。
例如智能手機和基站的應用案例，智能手機一端可以通過(guò)軟件升級來(lái)實(shí)現，因為智能手機是一個(gè)天線(xiàn)。但是基站有多個(gè)天線(xiàn)，所以就是新的應用了。
2.3 電源管理
問(wèn)：新芯片的集成電源管理單元可對外接的設備進(jìn)行電源控制，是不是可以再介紹一下？
答：系統中一般的MCU都會(huì )有一個(gè)外接的電源管理芯片，從電池來(lái)向系統中不同的器件提供電壓不同和功率不同的電源。但是我們把電源管理單元集成到了芯片里面，它可以給外接元件供電，并且實(shí)現電源可控和優(yōu)化。
問(wèn)：新芯片有7個(gè)獨立的電源域，從客戶(hù)的角度在應用上是不是比較復雜？
答：這其實(shí)是Dialog設計的優(yōu)勢所在。我們的軟件里可以實(shí)現所有電源的自動(dòng)化電源管理，用戶(hù)只需要決定他要用哪些，我們的軟件會(huì )自動(dòng)去給他開(kāi)通或關(guān)閉某些電源域。
2.4 MCU的產(chǎn)品定義
問(wèn)：既然你們已經(jīng)升級到了M33內核，為什么可配置的MAC處理器沒(méi)有升級到M23的內核？
答：Dialog當時(shí)對比了M0+和M23，當時(shí)Dialog在開(kāi)發(fā)的IP是基于M0+的，認為M0+和M23處理器之間的差別不足以重新來(lái)設計IP。
問(wèn)：制程工藝是多少呢？在哪里生產(chǎn)的？
答：這個(gè)用先進(jìn)的55 nm ULP（超低功耗制程）工藝。我們還沒(méi)有官宣制造供應商，歷史上一般是跟臺積電合作生產(chǎn)。
上一代產(chǎn)品的制程也是55 nm，但是沒(méi)有用ULP。
問(wèn)：你們是超低功耗的，能跟競爭對手比一比嗎？
答：相比Dialog上一代產(chǎn)品，這一代產(chǎn)品的優(yōu)勢是具有動(dòng)態(tài)的電壓和頻率的調節，按照處理器運行的頻率去選擇電壓。另外在系統閑置或睡眠模式時(shí)用電更低，這樣有助于根據應用的頻率或模式來(lái)優(yōu)化功耗，例如在是1.2 V供電電壓，32 MHz的時(shí)候是0.9 V，閑置的時(shí)候電壓更低，這些特性是由ULP來(lái)實(shí)現的。
問(wèn)：該芯片沒(méi)有內置Flash原因是什么？
答：在先進(jìn)的處理節點(diǎn)上面要加內置閃存會(huì )非常貴，我們放在外部擴展閃存可以提供靈活度，可以選擇閃存的大小。有些應用需要0.5 MB、1 MB、2 MB或4MB閃存等，下一代產(chǎn)品可能需要更大的閃存，所以外接閃存可以提供很多選擇的靈活性，而且外接閃存在成本上也很有優(yōu)勢。問(wèn)：但是有些客戶(hù)覺(jué)得這樣不太安全？
答：我們這個(gè)產(chǎn)品的獨特優(yōu)勢，就是確保了閃存接口的安全性，我們采用了On-the-Fly動(dòng)態(tài)解密，可以將加密的鏡像存儲在閃存中，即使有人嘗試讀取閃存，閃存也是加密了的。我們的做法是，在讀取閃存的時(shí)候進(jìn)行動(dòng)態(tài)解密，并執行解密后的代碼，并且在同一周期中沒(méi)有延遲。
問(wèn)： ARM Cortex M33好像不支持防止物理攻擊，對這樣安全的隱患怎么解決？
答：確實(shí)產(chǎn)品可能會(huì )遭到不同層面的攻擊，有的是物理攻擊，有的不是物理層面的攻擊。為了阻止物理層面的攻擊，我們將安全密鑰保存在獨立一次性可編程（OTP）block中，即使有人發(fā)起物理攻擊，嘗試從串行電路板或處理器去訪(fǎng)問(wèn)密鑰，密鑰是被屏蔽保護的，加密內核與串行電路和處理器是完全隔離的。這個(gè)安全性能可以允許一些應用無(wú)需添加外部安全元件。但是像銀行級應用還會(huì )再多加一層外部的安全元素，以實(shí)現更高級的安全特性，避免更復雜的物理攻擊，比如芯片去層。
（注：本文來(lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第4期第17頁(yè)，歡迎您寫(xiě)論文時(shí)引用，并注明出處。）
評論