【原创】抢MCU地盘!全球最先进的无线MCU来了!

winniewei 提交于 周一, 03/04/2019
【原创】抢MCU地盘!全球最先进的无线MCU来了!

作者:张国斌

随着物联网的爆发,无线MCU需求暴涨,在传统MCU玩家以为可以好好在这个新市场淘金的时候,新对手出现了!它带来的是迄今全球最先进的无线MCU!

据市场研究公司IC Insights称,预计未来五年微控制器市场将稳步上升,主要原因是传感器的普及和物联网(IoT)的兴起。IC Insights表示,预计2018年MCU出货量将增长18%,达到306亿颗。该公司预测,2018年MCU销售额将增长11%,达到186亿美元的历史最高水平,预计2019年将进一步增长9%,达到204亿美元。

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IC Insights预测未来5年MCU销售额将以7.2%的复合年增长率(CAGR)增长,到2022年达到近239亿美元。预计单位出货量同期将以11.1%的复合年增长率增长,到2022年达到约438亿颗。

这样一个欣欣向荣的大市场自然引来新的淘金者,2月25日,欧洲发展最快的半导体公司---专注电源管理和蓝牙技术的Dialog半导体公司宣布推出迄今最先进、功能最丰富的无线连接多核MCU SmartBond™ DA1469x蓝牙低功耗SoC系列以全球最先进的无线MCU来抢占IoT连网消费类应用是创新昂,这颗还支持最新的蓝牙5.1规范(关于蓝牙5.1,详见重磅! 蓝牙5.1引入“寻向功能”!有望激发一大波创新应用),支持高精度厘米级室内定位,这让DA1469x系列芯片更添一份魅力,很多用户都期待早日用上评估板开始其设计。

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DA1469x揭秘

“DA1469x是第一个采用基于ARM Cortex-M33处理器的专用应用处理器的量产无线微控制器系列。M33为高端健身追踪器、先进智能家居设备和虚拟现实游戏控制器等计算密集型应用提供更强大的处理能力。”Dialog半导体公司低功耗连接业务部总监Mark de Clercq在发布会上强调,“该新产品系列包括4个型号,建立在Dialog SmartBond™产品线的成功基础之上,可以为广泛的IoT连网消费类应用提供更强大的处理能力、更多资源、更大的覆盖范围、和更长的电池续航能力。”

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他表示DA1469x产品系列有五个特点:

1、多核无线微控制器系列

2、全球首款量产的基于 Arm Cortex M33的无线微控制器 

3、可配置的协议引擎支持最新的蓝牙 5.1 标准

4、 先进的内置电源管理单元

5、模拟和数字外设的独特结合

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这颗多核SoC有三个处理器单元分别应对传感器、信号处理和通信。

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在传感部分一颗可编程微型 DSP 进行传感器数据处理,在处理部分,96 MHz 的Arm Cortex M33 应用处理器完成主要信号处理,在通信部分,一颗基于 Arm Cortex M0+的无线通信处理器完成通信协议处理和软件可配置处理,处理蓝牙 5.1 和专有协议。

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Cortex-M33是一款在性能、功耗、安全与生产力之间达到最佳平衡的处理器。Cortex-M33是首款采用TrustZone安全技术和数字信号处理技术的ARMv8-M全功能实现处理器。该处理器可以支持大量灵活的配置选项,并在广泛应用中进行部署,此外还提供专用的协同处理器界面以支持经常需要加速和大量运算的运作。

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Cortex-M33处理器采用有序三阶管线技术更加有效的降低系统功耗,大部分指令在头两个阶段就能完成,而复杂的指令则需要3个阶段。此外,某些16位指令将采用双发射机制,以增强性能。处理器内核有两个AMBA? 5 AHB5界面:C-AHB和S-AHB,完全对称,指令和数据提取性能不分伯仲。

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Mark表示DA1469x支持无限内存空间,此外还提供丰富的用户界面。如原生支持丰富的 UI 显示如LCD 控制器、并行和串行接口、专用 DMA 引擎、通过 I2C/SPI 实现触摸控制、内置背光白光 LED 驱动和 PWM等,在电机控制方面,其内置自主手表运动电机驱动器,音频方面,支持PDM 和 PCM/I2S 接口  立体声输入和输出、支持集成的采样率转换器,它还内置 ERM/LRA 驱动支持触觉反馈,它有多达55个GPIO!支持按钮和触摸控制!

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在连接方面,DA1469x系列为开发人员提供了先进的连接功能,可以满足多种应用的需求,并使其经得起未来的考验。其新型集成无线电提供的覆盖范围是前代产品的两倍,结合基于ARM Cortex-M0+的软件可编程数据包引擎,可部署协议并为无线通信提供充分的灵活性。

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“它也支持安全应用和通信,确保用户的 IP 安全,我们的方案支持闪存中加密的应用程序代码和数据、支持动态代码解密、支持安全的 bootloader。”Mark 强调,“为了防止不想要的密钥访问,我们也有专用的分开的OTP安全密钥存储。密钥管理是在硬件中进行,同时还可以阻止从处理器或外部端口进行访问。所有安全功能都是在硬件中加速的,实现AES、哈希函数、真随机数生成器。这些功能是专用于处理器的,独立实现端到端的蓝牙链路加密,右边突出显示的蓝牙处理器有自己的加密引擎,来加密数据链路,这些功能是专属于处理器的。”

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由于Dialog长期聚焦电源管理,它曾是苹果手机的御用电源管理方案提供商,因此积累的丰富的电源管理经验,在这颗SoC中,电源管理也是非常强大的。

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”我们的芯片是原生支持可充电电池,包括锂聚合物电池、锂离子电池、钮扣电池、镍氢电池、碱性电池等等,所有的内部电源管理都在芯片内完成。“他指出,”对于一些复杂的系统而言,一些外部元件也是需要供电的,所以我们通过DC/DC降压转换器,实现给外部器件进行供电。外部器件无论是外部传感器、显示器或其他芯片,通过我们的芯片可以进行电源的供电和控制。对于可充电池,我们也在一些型号上实现了硬件USB充电器,无论是锂离子还是锂聚合物的电池,意味着不需要外部充电器了。另外我们也有电压降的保护。“

他表示,在功率管理方面,这款芯片也是非常优秀的可以实现纳安级的电空滤控制,除了刚才提到的最先进的电源管理单元以外,该芯片有七个独立的电源域。独立的电源域可以在你需要的时候才提供电量,例如需要蓝牙时候,蓝牙相关的电源域才会供电。需要用传感器的时候,只有传感器节点控制器会供电。根据每项不同的功能,可以保证用电量是最低的。

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强大的蓝牙功能

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Mark表示该芯片的第三颗内核ARM Cortex M0+主要负责无线连接部,它是一个软件可编程的协议引擎,也支持最新的蓝牙5.1标准以及2.4GHz的专有协议。

“其无线电前端最高输出功率达到+6 dBm,接收灵敏度是-97 dBm,用户可以用功率置换覆盖范围。我们的方案外部前端的所有元件都集成进来了,包括集成的巴伦转换器、50 Ω匹配的单一RF IO引脚,加上单一PCB布线天线,就可以完成RF设计。”他指出,“在收发器方面,在我们之前的产品基础上进行了进一步提升。之前的产品功耗已经是最优的了,这款产品在发射的输出功率和接收灵敏度方面又有进一步的提升。”

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“为什么客户选择我们的DA1469x系列产品?因为它是一个真正单芯片方案,而且是一个产品系列。我们有一些型号是针对通用MCU应用,包括14691和14695。也有针对特定应用的,包括14697和14699。”他总结道。“此外,采用DA1469x开发应用非常简单,这样能够帮助客户减少系统成本,减少占板空间,同时因为元件数量减少了,所以使得生产可靠性也提高了。”

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以上图为例,他详解了PCB占板空间和成本,基本上可以节省超过1美元的成本,以及30到40平方毫米的占板空间。对于一些空间严重受限的应用,30到40平方毫米的占板空间的省是非常可观的数量。

 下图是一个应用案例--一个连网运动手几年级的设计,外围设计非常简单

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蓝牙5.1应用开发

该方案支持最新的蓝牙5.1开发,关于蓝牙5.1协议,它可以实现厘米级的室内定位应用(关于蓝牙5.1具体内容可以参看《重磅! 蓝牙5.1引入“寻向功能”!有望激发一大波创新应用》)Mark指出,蓝牙5.1标准主要通过到达角度(AoA)和离开角度(AoD)进行寻向定位,像室内定位、物品追踪、门禁、无钥开锁等应用,都将受益于新的5.1标准的这个特性,而Dialog的新品就支持这个共轭能。

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这是Dialog提供的开发测试套件在发布会结束后,他还进行了现场定位寻向演示。

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他特别指出,在寻向、定位应用中,天线的设计都是非常重要的。Dialog提供非常清晰的应用笔记以及天线的参考设计,使得客户可以模仿这些设计,确保设计出来的性能是最优的。"在今天的演示当中也有配套的RF天线,我们也会公布该RF天线设计。"他强调。

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开发支持

他表示为了能够促进客户更好地使用产品,Dialog提供完整的软件开发套件。工具包主要有三种,首先是预先配制好的Eclipse集成开发环境和SDK。然后是SmartSnippets Studio是一个开发工具盒。Connection Manager是用于调试、协议分析和测试。

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他指出SmartSnippets蓝牙协议栈是比较成熟的协议栈,Dialog的客户用这个工具已经开发了很多款产品。这个协议栈支持最新的蓝牙标准规范,同时也支持一些其他的特性,使得客户能够进行更好的应用开发。

而Dialog的蓝牙协议栈是集成于一个非常全面完整的软件开发套件当中,这个软件开发套件提供了方便工程师开发应用的一切工具,而不需要工程师涉入软件过深。除了操作系统、LLD、中间件以外,还有一系列应用层的API,使得工程师不用去单个控制每一个部分,就可以享受到这些功能。我们还有一系列的软件示例,可以让工程师将示例用作基础加速他们的应用开发。

Dialog的集成软件开发环境,主要是基于GCC编译器,具备完整的调试器,更重要的是它是无需授权许可的。

Dialog也提供完整的硬件开发套件,使客户可以在硬件上去开发自己的软件。硬件开发套件包括母板,集成了很多重要的功能和特性。还有子板,子板具备该系列产品的不同型号,比如有DA14695的硬件开发子板和DA14699的子板。

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“值得一提的是,我们支持两个最受欢迎的接口,一个是mikroBUS™,一个是Arduino,有助于客户使用现成的插拔式扩展板,在基础板上扩展更多功能,包括新的传感器、执行器、显示和用户界面等。”他指出,“为了对我们的芯片产品进行补充,我们还跟合作伙伴开发了一个模块。这个来自AzureWave的DA14691模块特别适合没有太多RF技术经验但想用我们无线多核微控制器系列产品的客户。这个模块是完全经过认证的,客户可以直接使用这个模块,不需要再进行额外的认证。这个模块现在正在开发中,计划在今年第二季度开始量产。”

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他表示该系列产品DA14691/5/7/9 已经开始量产,现可通过我们的经销商伙伴获得DA14691/5/7/9 样品\专业版和 USB dongle 开发套件,而通过Dialog官网可以获得软件开发套件、Smart Snippets Studio 、完整的文档、广泛的软件示例和教程。详情可以登录 https://www.dialog-semiconductor.com/products/da1469x-product-family了解。

他最后强调,DA1469x系列是一款创新的多核无线微控制器产品系列。它是全球首个具有可扩展内存的基于ARM Cortex M33™ 的无线微控制器。可配置的协议引擎支持最新的蓝牙5.1标准。该系列集成了最先进的电源管理单元和独特的外设,可以节省系统成本和PCB占板空间。同时提供完整的工具包、支持文件和软硬件开发工具。

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