傳感器作為電子產(chǎn)品的“感知中樞”，在消費電子、工業(yè)、醫療、汽車(chē)等領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛，于基本功能之外也開(kāi)始越來(lái)越多承擔自動(dòng)調零、自校準、自標定功能，同時(shí)具備邏輯判斷和信息處理能力，能對被測量信號進(jìn)行信號調理或信號處理。這就需要其擁有越來(lái)越強的智能處理能力，也即朝著(zhù)智能化的方向發(fā)展。為了使客戶(hù)能夠更快、更便捷地完成系統開(kāi)發(fā)，一些傳感器廠(chǎng)商開(kāi)始將MCU與傳感器加以整合，提供MCU+傳感器的模塊化開(kāi)發(fā)平臺，逐漸成為一類(lèi)產(chǎn)品發(fā)展趨勢。

 

然而，無(wú)論是場(chǎng)景、位置和環(huán)境感知，還是基于運動(dòng)、觸摸和手勢的交互功能，往往需要傳感器的“始終開(kāi)啟”來(lái)實(shí)現，這與物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信終端的低功耗化趨勢又有所相悖。MCU往往具有多種工作模式，睡眠模式下只需極低功耗。但“始終開(kāi)啟”對于MCU和傳感器的低功耗需求提出巨大挑戰。如何解決這一矛盾關(guān)系到MCU與傳感器的發(fā)展路徑。為此筆者采訪(fǎng)業(yè)界主流廠(chǎng)商，探討技術(shù)發(fā)展方向。 

 

 

毫無(wú)疑問(wèn)，物聯(lián)網(wǎng)將成為全球信息通信行業(yè)的又一個(gè)新興產(chǎn)業(yè)，安全性、可擴展性和高能效是驅動(dòng)未來(lái)IoT發(fā)展的三要素。物聯(lián)網(wǎng)的基本要求是物物相連，每一個(gè)需要識別和管理的物體上都需要安裝與之對應的傳感器。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，要求傳感器不僅具備基礎的信息收集功能，智能化的信息處理能力也成為判斷其性能高低的重要依據。因為不可能將所有運算都放到云端完成，網(wǎng)絡(luò )的各個(gè)節點(diǎn)也要完成各自的運算任務(wù)。因此，傳感器和微處理器結合、具有各種功能的單片集成化智能傳感器成為主要發(fā)展方向?，F在傳感技術(shù)和MCU的發(fā)展很快，集成度越來(lái)越高。盡管MCU與傳感器的工藝技術(shù)有很多不同之處，目前實(shí)現整合比較困難。但是SoC是行業(yè)發(fā)展的大趨勢。我們在密切觀(guān)察是否能在下一個(gè)工藝節點(diǎn)上，比如28nm實(shí)現兩者工藝的融合。

 

此外，32位MCU的增長(cháng)速度已經(jīng)遠遠超出8位和16位MCU。32位MCU在全球增長(cháng)速度是15%以上，其中ARM架構的32位MCU的增長(cháng)速度更達到這一速度的兩倍。過(guò)去兩年里，32位MCU出貨量翻一番，以前的規律通常是5年才能達到翻一番。2014年在全球范圍內的增長(cháng)，主要來(lái)自IoT和智能互聯(lián)增長(cháng)的貢獻?；贏(yíng)RM架構的Kinetis系列是市場(chǎng)上表現最好的MCU產(chǎn)品之一，并保持了強勁的增長(cháng)勢頭。我們相信，ARM生態(tài)環(huán)境將支持我們更好地服務(wù)客戶(hù)，簡(jiǎn)化他們的設計，使客戶(hù)將更多精力關(guān)注于應用、軟件和服務(wù)上。 

 

 

現今移動(dòng)設備引入的各種高級功能，例如場(chǎng)景、位置和環(huán)境感知，以及基于運動(dòng)、觸摸和手勢的交互功能，甚至包括語(yǔ)音激活，都是通過(guò)不斷增加的“始終開(kāi)啟”傳感器來(lái)實(shí)現的。在不久的將來(lái)，其他行業(yè)也將需要類(lèi)似于智能手機的產(chǎn)品功能來(lái)增強他們的客戶(hù)體驗，從而同樣取得顯著(zhù)的進(jìn)步。當前，很多已有MCU傳感器處理架構耗能過(guò)多，或者無(wú)法隨著(zhù)傳感器數量的增加來(lái)有效地擴展。LPC54100系列僅需3μA的極小電流即可實(shí)現持續傳感器監聽(tīng)，這對始終開(kāi)啟的應用至關(guān)重要。另外，作為傳感器應用領(lǐng)域的首創(chuàng )功能，該系列產(chǎn)品的非對稱(chēng)雙核架構實(shí)現了工作狀態(tài)下可裁減的功耗/性能，讓開(kāi)發(fā)人員能夠使用CortexM0+內核（55μA/MHz的）來(lái)處理傳感器數據采集、整合和外部通信，從而優(yōu)化能效，或者使用CortexM4F內核（100μA/MHz）更快執行復雜數學(xué)密集型算法（例如，運動(dòng)傳感器融合），同時(shí)節省能源。

 

該架構帶有專(zhuān)為實(shí)現高能效而全新設計的一系列模擬和數字接口，包括能夠在寬電壓范圍內（1.62V～3.6V）支持各種規格性能的12bit、4.8Msps/s的ADC，以及低功耗串行接口，這些接口讓LPC54100系列能夠提供低于其他同類(lèi)微控制器的能耗。奧地利微電子高級市場(chǎng)經(jīng)理RussellJordan

 

 

作為物聯(lián)網(wǎng)感知層的重要組成部分，智能傳感器的作用越來(lái)越明顯，MCU+傳感器所形成的智能傳感器越來(lái)越成為微電子廠(chǎng)商進(jìn)行產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一種選擇。整合傳感器與MCU將是未來(lái)的發(fā)展趨勢，但業(yè)者應順其自然，比如CO2感應器、濕度傳感器、亮度傳感器等與MCU整合起來(lái)十分困難，目前來(lái)看兩者分立也沒(méi)有太大的缺點(diǎn)，廠(chǎng)商可不必強求；但是對于一些相對容易實(shí)現整合的傳感器類(lèi)型，比如觸摸屏控制器、加速度計、陀螺儀，在市場(chǎng)需求擴大之后，已經(jīng)有廠(chǎng)商將其SoC化了，廠(chǎng)商應迅速抓住機會(huì )。

 

傳感器使用的MEMS工藝和MCU制程有差異，兩者的SoC整合在半導體技術(shù)上存在一定的挑戰。相對而言，SIP的解決方案更加可行?，F在，許多MCU已經(jīng)采用這種方式與傳感器相集成。我們會(huì )看到更多專(zhuān)為自動(dòng)采集傳感器數據而設計的MCU架構的出現，在為IoT而優(yōu)化的超低功耗平臺上實(shí)現傳感器數據匯聚。