原文转载于<<电子工程专辑>> 作者：王彦

由于在三表、医疗、短距离无线联网、安防、家电甚至远程控制方面都具有相当诱人的应用前景，超低功耗MCU技术正在受到各大半导体厂商的关注，Freescale与TI最近相继发布了其在此项技术方面的最新突破。巧合的是，两家公司似乎在有意回避来自对手的竞争——前者发布的两款Flexis系列MCU分别采用了8位和32位的架构，后者带来的则是16位的MSP430 MCU。此外，瑞萨科技也早已在超低功耗MCU领域耕耘多年，而凭借母公司Swatch集团在手表行业所积累的经验，来自瑞士的EM Microelectronic也加入了竞争者的行列。

错位竞争
TI的首款MSP430系列产品F/C11xx于2000年面世，此后该公司又相继推出了F12xx、F13x-F14x、F15x-F16x等型号，从而将DA、AD以及乘法器等功能渐渐囊括进来，逐渐形成了较为全面的1系列产品线。不过，为了满足特殊仪表的需求，该公司又在1系列基础上添加了LCD驱动模块，并进行了一定的细分，4系列产品线架构开始成型：针对血糖仪的FG46x、针对热表/水表的F41x、针对电表的FE系列以及针对流量表的FW系列。尽管应用方向上有所区分，但1系列与4系列MSP430都同属8MIPS阵营。然而很快，对于更高性能的需求出现了，这催生了运算速度高达16MIPS但功耗却只有1系列一半的2系列MSP430的出现。

最新加入MSP430大家族的两款产品型号分别为MSP430F47x4和MSP430FG42x0。其中，拥有100个管脚的MSP430F47x4频率高达16MHz，内含60KB闪存和2.5KB的RAM。特别需要指出的是，它还创造了MSP430家族4系列产品线中的四个“第一”：第一款具有16MIPS性能、第一款拥有4个16位∑-⊿ AD转换器、第一款配置了32x32位硬件乘法器以及第一款提供了2个USCI的4系列产品。据称，该芯片最早定位于日本的2相电表市场，但目前已经能够用于其他需要4个16位∑-⊿ AD转换器以及32x32位硬件乘法器的应用，比如具备防窃电功能的电表。

与功能强大的MSP430F47x4相比，MSP430FG42x0所对应的市场要更加细分一些。这款面向中低端成本血糖仪市场提供的MCU拥有中型片上系统，内含32KB闪存和256B的RAM。其RTC电流低于2μA，这意味着高达10年的电池寿命。MSP430FG42x0的其他亮点还包括：零功耗的欠压保护(BOR)、2个功率放大器、12位数模转换器、SD16_A模数转换器以及32 个GPIO总线接口。

TI将在2007年第三季度开始供应上述两款芯片的样片。但选择这个时候可能就要面临来自飞思卡尔公司的竞争。在不久前举行的飞思卡尔技术论坛上，后者发布了其两款同样以超低功耗为应用目标的Flexis系列MCU。飞思卡尔表示，将在今年7月份推出两款产品的早期样片，并于11月份开始量产。这显然和MSP430的新品发布撞了档期。

飞思卡尔的两款超低功耗MCU分别是：第一款带128KB闪存基于S08内核的MC9S08QE128和第一款基于ColdFire V1内核的器件MCF51QE128。该公司称，Flexis系列是其Controller Continuum路景图中8至32位的兼容连接点——设计人员可以将研究成果在8位MCU和更高性能的32位MCU之间进行相互移植。毫无疑问，打头阵的两款产品无疑具有重要的市场战略意义。“随着普通消费与工业设备变的越来越小、越来越先进和便于携带，提高功效和延长电池寿命就成了关键的要求，而设计Flexis QE128的目的就是通过可降低运行电压和电流的优化外设来满足这些要求。”

有趣的是，两家公司“很有默契的”选择了对方没有进入的领域，从而形成了TI以16位MCU为主打而飞思卡尔耕耘8位和32位产品的错位竞争局面。不过，TI MSP430微控制器总监Mark Witt却表示，TI之所以选择从16位产品切入，是因为“有太多竞争者在提供8位产品。”他指出，16位产品比8位具有更多的有点，而且对于8位市场也同样适用。

低功耗技术各显神通
超低功耗MCU市场不仅仅只有TI和飞思卡尔两家竞争者。在此之前，瑞萨科技就已经推出了H8/300L、H8/300H、H8S/2268组和H8S/2264组三个系列的超小功率(SLP)MCU。其中除了H8/300L为8位产品之外，其他皆为16位架构。此外，该公司还在几个月前表示，正在研发新的CPU架构，其中就有基于现有H8S 16位CPU进行的创新。据称，新的CPU架构将进一步扩展在低功耗上的性能。“通过使用这种新的架构，瑞萨旨在将代码大小减少30%，CPU功耗降低50%。”

来自瑞士的EM Microelectronics也是超低功耗MCU市场的有力竞争者之一。该公司的EM6812就是面向以电池供电长时间工作的应用。据称，这个8位的RISC架构产品执行每条指令只需2个时钟周期，且在使用5M晶振时，可能达到2.5MIPS的速度。此外，其功耗也很有竞争力，可达到2200MIPS/WATT。而内置的掉电检测和电源检测功能确保设备工作在低电压环境。，

为了尽可能的降低Flexis QE128的功耗，飞思卡尔所作的工作可谓不遗余力。首先，MC9S08QE128与MCF51QE128能够运行一个外部32千赫的可编程、消耗电流小于1μA的振荡器。其次，两款芯片还配备了一个内部电压调节器，可帮助将系统从停止模式下快速唤醒(唤醒时间6μs)。另外，Flexis QE128设备在停止模式下的功耗也相当具有竞争力——最低功耗停止模式下所需的电流仅为370nA。最后，采用时钟门控技术后，通过将时钟关闭到未启用模式，还可将运行模式的功耗再降低三分之一。

要想在强手如林的超低功耗MCU市场取得一席之地，显然不是一件容易的事。不过，TI认为自己有着与众不同的地方。“当人们在谈论到低功耗MCU时，大多数情况下都没有将模拟部分包括在内，而只是仅限于处理器。”Witt指出，MSP430在片上集成了很多低功耗的模拟以及混合信号处理所需的放大器、AD转换以及DA转换器。此外，MSP430还提供了许多竞争产品并不具备的DMA，能够在CPU不工作时移动数据。“我们的ADC还具有自动扫描功能，可在CPU不工作时实现AD采样，并能够通过中断方式来唤醒CPU。”他说。

TI已经有了清晰的超低功耗MCU产品路景图。Witt表示，接下来的5系列产品将会具有20MIPS的运算性能，并配有256KB的闪存。此外，还将提供包括RF接口在内的更多更新的选项。

无线创造无限
利用Chipcon的Zigbee技术来提供整体解决方案的做法无疑是此次TI在MSP430上升级换代上的一次创新。在收购了RF收发器和系统芯片设计公司ChipCon之后，该公司便将前者在低功耗无线技术Zigbee上的特长毫无保留的应用其中，这为该产品在更多需要短距离无线联网技术领域的应用打开了一扇大门。

“低功耗无线技术的很多应用都与MSP430的定位相一致。”Witt指出，搭载Zigbee无线技术的超低功耗MCU无疑将具有无穷的潜力，拜其所赐，许多创新产品将加快速度进入市场。这些创新产品包括：在工业和楼宇自动化控制、无线烟雾/一氧化碳探测器、无线家庭安防、恒温器、照明和窗帘控制器、老年与残疾人便携呼叫按钮、万能遥控器、无线键盘、鼠标、游戏手柄等。此外他还提到了近期较为热门的无线抄表技术(AMR)。由于提供了SPI通讯口，新的MSP430器件可配合TI Chipcon芯片，帮助计量表厂商轻松实现AMR方案。

TI的MSP430+Chipcon技术已经能够满足高、中、低端三类市场的需求。Witt介绍，MSP430F22xx和MSP430F41x系列主要面向成本敏感的低端应用，而MSP430F16x/F23x/F24x则可满足大多数的应用需求，至于对性能要求较高的高端应用，MSP430FG461x/F261x应该是理想的选择。至于可搭载的低功耗无线芯片则包括了CC1xxxx(CC1101)和CC2xxxx(CC2420、CC2500)两个系列的收发器。前者适合频率低于1GHz的欧洲和美国市场，后者面向频段为2.4GHz的全球其他地区。

医疗电子，下一个金矿？
Databeans的调查显示，2005年的全球医疗电子终端设备市场规模已达890亿美元。其中，医疗成像(X光、CT/MRI/PET扫描、ECG、超声波)、家用医疗电子(血糖仪、数字体温计、数字血压计、胆固醇监测器)、医院诊疗(移植手术设备、诊断仪器、病患监护、自动体外心脏除颤器)各占330、190以及370亿。而IMS Research、GE医疗部门和TI联合提供的数据则称，2005年医疗电子半导体市场已达11.2亿美元，而在接下来的10年中将保持16%的年均复合增长率，在2015年达到49.4亿美元。

医疗电子市场正在呈现的一些趋势足以让半导体厂商认为，他们已经找到了继通信与消费类电子之后的下一个业务增长的引擎。首先，越来越多的家庭正在开始购买这种产品。电子助听器以及在电视广告上频频露面的电子血糖仪、数字体温计就是明证。其次，超声波、病患护理所需的复杂成像和监护系统正在日益走向便携化。而对长期服役的微型化可移植设备的需求也在不断上升。与此同时，功能融合的趋势也在加速，比如将血压计和血糖仪的功能集成在一起。除此之外，为了方便医护人员对病患进行全天24小时的监控，一些设备还对网络和无线技术提出了要求。最后则是以中国、印度为代表的新兴市场的巨大潜力。在接下来的数年内，这些市场对医疗电子的需求将会出现爆炸性增长。

Microchip已经在去年成立了医疗产品部。Intel也希望在医疗电子市场分得一杯。不过，对于便携式或具有简单功能的医疗电子来说，超低功耗则是必须的。瑞萨科技就将血糖仪、心率监视器、温度计和体重计等作为超低功耗MCU的目的应用之一，而飞思卡尔的Flexis也同样盯上了医疗电子市场。Witt表示，TI已经在低功耗无线技术、高性能DSP、低功耗DSP、低功耗数据转换器上拥有能够适应上述市场趋势的一系列半导体方案。此外，超低功耗的MSP430也将AD、DA、闪存、SPI、USB接口、LCD驱动以及等各种功能集成在了一起，为便携式低功耗医疗电子带来完整的解决方案。这家公司已经将所有同医疗电子相关的产品资料归纳在了一起，推出了包括CPU、DSP等在内的全新的医疗电子指南。

然而，中国的医疗电子市场还没有真正起飞。因此对于MSP430来说，目前中国市场最大的潜在应用也许是电表。但如何在已经牢牢扎根中国电表市场的ADI以及后起之秀上海贝岭展开竞争，就不是纯粹的技术竞争那么简单了。