關(guān)于SiLabs Precision32單片機(jī)的詳細(xì)分析報(bào)告

本文介紹了Silicon Labs公司新型Precision32單片機(jī)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，但所有意見和分析均來源于作者本人。

Silicon Labs深耕單片機(jī)行業(yè)

大多數(shù)人熟知Silicon Labs公司是由于其模擬與混合信號(hào)技術(shù)。該公司具有集成高性能模擬外設(shè)與數(shù)字電路的CMOS專業(yè)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。這一專長體現(xiàn)在多種IP區(qū)塊中，例如模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)字．模擬轉(zhuǎn)換器(DAC)、數(shù)字隔離器、數(shù)字鎖相環(huán)、USB、RF、傳感器等。該公司通過集成這些區(qū)塊創(chuàng)建出針對特定應(yīng)用的產(chǎn)品，包括SLIC和DAA器件（用于VoIP設(shè)備）、AM/FM無線電接收器和發(fā)射器、硅電視調(diào)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(jī)(MCU)市場耕耘多年。這方面的經(jīng)驗(yàn)可以追溯到1999年，當(dāng)時(shí)一家Cygnal Integrated Products公司開始推出一系列混合信號(hào)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。該公司開發(fā)的管線式結(jié)構(gòu)兼容805 1的CPU最高可運(yùn)行在100MHz。除了快速CPU外，這些單片機(jī)還包括ADC、DAC、振蕩器、穩(wěn)壓器和其他模擬功能。

自從完成收購，Silicon Labs持續(xù)不斷的投入單片機(jī)、擴(kuò)展其產(chǎn)品線，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)上的專長減少單片機(jī)功耗，包括工作模式功耗，以及休眠模式功耗。

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

基于ARM的Precision32 MCU

為擴(kuò)展其單片機(jī)產(chǎn)品線，Silicon Labs公司最近推出32位MCU系列新產(chǎn)品。新型Precision32產(chǎn)品內(nèi)含ARM CPU，充分利用ARM架構(gòu)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(tǒng)，擁有大量供應(yīng)商和可觀的年出貨量，雖然這一成功大部分來自手機(jī)市場，現(xiàn)在ARM也正迅速成為32位MCU出貨量領(lǐng)導(dǎo)者。

Silicon Labs Precision32系列產(chǎn)品采用ARM Cortex-M3 CPU，運(yùn)行速度最高可達(dá)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(gòu)更適合現(xiàn)代編譯軟件和其他使用16位或32位數(shù)據(jù)代碼. Cortex-M3支持ARM Thumb2模式，通過盡可能壓縮指令到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(tǒng)的代碼比較而言，大小相當(dāng)甚至更少。

Precision32產(chǎn)品結(jié)合Cortex-M3 CPU和多種模擬組件，其中許多組件同樣應(yīng)用于該公司8位單片機(jī)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(wěn)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(jì)數(shù)器和串行接口等，如圖1所示。

圖1．Precision32，單片機(jī)框圖。新型Silicon Labs MCU結(jié)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。總之，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(xiàn)已開始提供樣品，并預(yù)計(jì)在2012年第2季度大量生產(chǎn)。

降低系統(tǒng)成本

通過減少數(shù)個(gè)外圍元器件，Precision32 MCU高模擬集成度降低系統(tǒng)成本。例如大多數(shù)MCU需要外部晶體振蕩器，以便在較快速度下（例如8MHz）運(yùn)行。這種晶體成本大約1 0美分。Precision32 MCU僅需要使用其內(nèi)部振蕩器和PLL即可讓USB接口工作，而無需外部晶體。內(nèi)部振蕩器采用時(shí)鐘恢復(fù)技術(shù)，在PVT（工藝、電壓、溫度）范圍內(nèi)可提供1.5%精確度，而這在USB規(guī)格允許的公差范圍內(nèi)。第二個(gè)內(nèi)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（無需外部晶體）或便宜的32kHz晶體生成。

同樣，采用片內(nèi)電壓調(diào)節(jié)器即無需使用片外調(diào)節(jié)器，片外調(diào)節(jié)器成本大約為15美分。片內(nèi)電壓調(diào)節(jié)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USB直接供電。片內(nèi)電壓調(diào)節(jié)器也能夠?qū)ν怛?qū)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，無需外部電壓調(diào)節(jié)器。另外，輸出電源也可以作為恒流源驅(qū)動(dòng)LED顯示屏的背光，一個(gè)獨(dú)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(qū)動(dòng)輸出引腳，每個(gè)能夠輸出300mA或輸入150mA。足夠直接驅(qū)動(dòng)功率MOSFET、高功率LED、蜂鳴器和類似組件。由于一個(gè)高驅(qū)動(dòng)片外晶體管大約增加4美分系統(tǒng)成本，因此這些輸出總計(jì)最多可節(jié)省24美分。此外，該芯片可以直接連接高達(dá)1 6個(gè)電容觸摸傳感器。這種類型的傳感器越來越多應(yīng)用到消費(fèi)類電子和其他設(shè)備中，以替代機(jī)械按鍵，機(jī)械按鍵通常更加昂貴，并且可能導(dǎo)致失效。如果使用外部觸摸控制器則可能另外花費(fèi)高達(dá)50美分。

圖2：集成模擬元器件能節(jié)約成本。這張圖片顯示出典型的基于MCU設(shè)計(jì)中，高集成度Precision32芯片能替代數(shù)種外圍元器件。