微控制器及其協(xié)同芯片

2004年9月A版
　
　　如果構建嵌入式產(chǎn)品，你會(huì )非常熟悉它們的緊迫要求：更便宜、更小型、更低功耗，最后還有不可缺少的上市時(shí)間。

　　你能夠用較少的元件使產(chǎn)品小型化。減少元件意味著(zhù)占用較小的電路板面積，亦即降低生產(chǎn)成本。因此，既然在微控制器周?chē)褂靡幌盗蟹至⒃?，為什么不只用一個(gè)元件來(lái)代替它們呢？

　　事實(shí)上，采用一個(gè)處理器協(xié)同芯片、或者系統管理芯片(根據不同供應商的名稱(chēng))的概念并非新的想法。在這方面的一家先驅性供應商是加州的Wafer Scale Integration (WSI)公司，它開(kāi)發(fā)出稱(chēng)為可編程系統器件，這是一種閃存基的用于支持微控制器的器件。這種器件是該公司的成功的(或者具有潛力的)產(chǎn)品，WSI 2000被意法微電子(STM)公司并購。

　　此后，協(xié)同(Companion)芯片市場(chǎng)變得不太活躍，但活動(dòng)仍然繼續進(jìn)行。STM開(kāi)發(fā)WSI的技術(shù)，例如，目前提供集成在它的8051微控制器芯片內的規模為16個(gè)宏單元的PLD。

　　雖然，設計者可用PLD代替外部的粘接邏輯器件，但PLD陣列亦可用來(lái)構成移位寄存器、計數器、鍵盤(pán)和控制屏接口、時(shí)鐘分頻器和握手遲延電路。

　　最近，Ramtron公司是進(jìn)入該市場(chǎng)的新供應商，它在2003年底推出FM31X處理器協(xié)同芯片族。同時(shí)，Ramtron公司FRAM產(chǎn)品副總裁Mike Alwais說(shuō)：處理器協(xié)同芯片為系統設計者提供最高集成度的系統管理解決方案，以支持實(shí)際上任何微控制器或微處理器基的設計。通過(guò)非易失性存儲器的精心集成，協(xié)同芯片的全部特性都比分立元件有所改善，整個(gè)封裝達到極低的材料成本和電路板占用面積?！爆F在，Ramtron公司已利用FM32X產(chǎn)品來(lái)擴大在這方面的供貨。

　　這顯然遇到來(lái)自Xicor公司的競爭，它已經(jīng)生產(chǎn)主要針對嵌入式控制應用的系統管理器件五、六年了。Xicor在它的產(chǎn)品清單中增加X(jué)45620。X45620具有電壓監視、復位、電壓基準和看門(mén)狗定時(shí)器等功能，Xicor說(shuō)該器件可替代約10~20個(gè)分立元件。由于STM采用閃存基的辦法和Ramtron利用自己的FRAM技術(shù)，Xicor則使用EEPROM。

　　Xicor的高級現場(chǎng)應用工程師Jani Isoo認為EEPROM優(yōu)點(diǎn)很多：“它是非易失性的，即在你上電時(shí)，數值就存在了。而且，它還具有可再編程的靈活性?！?/P>

　　Isoo相信系統管理芯片具有廣泛用途?！叭魏斡形⒖刂破鞯牡胤?，你都需要某種監視器件用來(lái)監視電壓或者照顧微控制器本身。如果功耗或空間是重要的問(wèn)題，則設計師可選用一種這類(lèi)器件，并且將幾種功能集成在一起?！?/P>

　　Ramtron有比較緊湊的生產(chǎn)線(xiàn)，而Xicor在產(chǎn)品清單中有更多元件。Isoo說(shuō)“這是市場(chǎng)的驅動(dòng)。例如，它們可提供不同的電壓閥值或者看門(mén)狗有不同的數值。如果你再深入看一下就知道。它們都做同樣的事情，只是參數有所不同?！?/P>

　　實(shí)際上，Xicor的辦法是讓設計師選擇最適合應用的器件，Isoo說(shuō)“最少應監視一條軌線(xiàn)和一種電壓。在某種情況下，一個(gè)輸出就足夠使微控制器復位了?！?BR>　　根據Alwais的意見(jiàn)，他認為處理器外圍芯片曾有過(guò)興旺的市場(chǎng)，自從WSI公司被并購后，市場(chǎng)開(kāi)始變得不活躍。他說(shuō)“集成方式在開(kāi)發(fā)階段發(fā)展良好，但是在批量生產(chǎn)時(shí)經(jīng)濟效益不夠好。最終，集成產(chǎn)品會(huì )比它所替代的元件更便宜?！?/P>

業(yè)界的商業(yè)爭論

　　Alwais稱(chēng)，Ramtron去年在處理器協(xié)同芯片方面情況嚴峻，引起的原因是0.3μm制程的開(kāi)發(fā)費用。這種工藝足夠精細，可用于制造某些有經(jīng)濟效益的集成。Ramtron亦擁有廣泛的用戶(hù)基礎，能夠“從下而上”檢討它的開(kāi)發(fā)計劃。他繼續說(shuō)，“我們可用0.5mm工藝生產(chǎn)處理器協(xié)同芯片。這是一個(gè)價(jià)格問(wèn)題。把所有有用的比特集成在一個(gè)太大的封裝內缺乏吸引力?！?/P>

　　非常明顯，處理器協(xié)同芯片是許多設計者需要解決的問(wèn)題。Alwais說(shuō)“從電路板提出許多要求，只要有可能，我們都試圖使芯片更加通用?！彼€認為Ramtron將開(kāi)發(fā)一些更好的器件，但是，從覆蓋最可能廣泛的市場(chǎng)入手是最好的想法。

　　根據Alwais的意見(jiàn)，認為存在愉快的巧合，這是有利于從儀表至汽車(chē)無(wú)線(xiàn)電的廣泛應用。Alwais稱(chēng)“我們發(fā)現不少用戶(hù)有意開(kāi)發(fā)終端市場(chǎng)的硬件平臺，有些用戶(hù)需要計時(shí)的功能，而有些用戶(hù)卻沒(méi)有這種要求。但是，他們在另一方面是十分類(lèi)似的，例如，電度表可能要求適用于某一國家的基于使用時(shí)間的計費表，然而，需要測量電功率卻完全相同?！?/P>

　　FM32X族具有多種特點(diǎn)，如處理器監控、電源失效報警、看門(mén)狗定時(shí)器、串行數字事件計數器、涓流充電器和存儲器(從4~256kb的非易失性鐵磁隨機存儲器FRAM)。Alwais說(shuō)“功能包是根據我們遇到的各種應用而設置的。一般來(lái)說(shuō)，它主要是針對已經(jīng)購買(mǎi)FRAM的用戶(hù)的數據收集?！?/P>

　　Xicor公司Isoo說(shuō)系統管理芯片同樣可用于模擬電路板上，雖然它們的重點(diǎn)工作屬于微控制器方面。大部分應用都有某種微控制器參與，但是仍然需要監視模擬電路板上的電壓。例如，你可用系統管理芯片的輸出加到比較器上。

　　Alwais 認為，設計處理器協(xié)同芯片是比較容易的課題，Ramtron嘗試使這些芯片具有‘防止無(wú)知動(dòng)作(idiot proof)’的特點(diǎn)。每個(gè)芯片有一組電壓范圍，由你決定需要的工作電壓范圍。它采用通用的I2C接口，可連接任何4~32位的微控制器。

　　Xicor也提供同樣易用的接口。Isoo指出I2C在歐洲很普遍，但是Xicor同時(shí)支持SPI接口。

　　Alwais相信經(jīng)常需要支持器件。他說(shuō)：“微控制器供應商會(huì )推出某種芯片，但是，如果你要寫(xiě)入規定的代碼時(shí)，由誰(shuí)來(lái)提供支持呢？作為設計師，這些支持器件能夠為你提供最好的解決方案?！?/P>

　　當前，不能夠期望處理器協(xié)同芯片采用最新工藝來(lái)生產(chǎn)。Alwais的結束語(yǔ)是：“我們不是處在技術(shù)前沿，0.35mm工藝就足夠了。你要記住，模擬功能與線(xiàn)寬尺寸并無(wú)明顯關(guān)系?！?BR>