CMIC迅速滲入嵌入式控制應用 有助于嵌入式設計人員實現(xiàn)更大的利潤

SoC和MCU需要外部電路實現(xiàn)電源管理、人機接口或連接傳感器。因此，設計中幾乎總是需要比較器、運算放大器、電平轉(zhuǎn)換器、各種邏輯和分立式晶體管。而SoC幾乎從來就不是真的片上系統(tǒng)。

在某些情況下，所需的支持邏輯會被植入到低端FPGA中，但通常這些分立式元件的成本加起來并不低。這不是一個好的解決方案，因為FPGA不能滿足模擬或分立式元件的需要。

對嵌入式器件來說，由于MCU或SoC不能滿足所有可能的傳感器、電源和連接選項，這一挑戰(zhàn)將會變得更為明顯。

可配置混合信號IC

可配置混合信號IC（CMIC）為應對這些挑戰(zhàn)提供了一個明智的解決方案。CMIC是通過一次性可編程（OTP）非易失性存儲器配置的具有數(shù)字模擬電路功能的矩陣。

這類新器件的先驅(qū)和領(lǐng)導者就是Silego Technology。自2009年推出CMIC以來，Silego已經(jīng)完成了超過1300種客戶設計，而CMIC出貨量在20億以上。

Silego的CMIC提供了異步狀態(tài)機（ASM）和各種模擬及數(shù)字資源，便于設計人員配置成混合信號電路。

設計人員可以抓取這些資源，并用原理圖繪制工具對其進行布線，他們也可以利用Silego硬件開發(fā)工具來仿真設計。如果他們對設計感到滿意，就可以用板上OTP存儲器進行CMIC器件編程。

CMIC可用于各種基本混合信號功能，包括電機控制、系統(tǒng)復位、電源測序等等。

CMIC優(yōu)勢

相比傳統(tǒng)分立式器件和模擬，CMIC為嵌入式設計人員和制造商帶來了多種優(yōu)勢。

A.嵌入式設計需要優(yōu)化電板空間

十幾個甚至更多元件可能占用寶貴的空間，而這些空間可供較大的電池或更薄的外形尺寸加以利用。CMIC可將幾個元件集成在尺寸小至1.0x1.2mm的一個小的產(chǎn)品中。

B.嵌入式設計需要更方便、更迅速的方式實現(xiàn)創(chuàng)新和原型設計

從印刷電路板設計、元件訂購、電路板制造、組裝、調(diào)試和修改，傳統(tǒng)電路原型設計不是花上幾周就是好幾天。而CMIC設計、仿真和原型設計在一天之內(nèi)便可完成。

C.嵌入式設計需要更低的物料清單成本

CMIC有助于減少分立式與模擬元件的材料成本。最近在embedded.com上有一篇設計分析強調(diào)，用1個0.35美元的CMIC可替代1.50美元的電平轉(zhuǎn)換和比較器電路。

D.嵌入式開發(fā)人員想要難以復制的保密設計

CMIC內(nèi)部的定制電路與全定制IC一樣安全，只有設計人員、指定的ODM和供應鏈合作伙伴才可獲得。

針對嵌入式應用的無靜態(tài)功耗和無代碼ASM與低功耗MCU的對比

便攜式系統(tǒng)通常使用低功耗微控制器來解決尺寸和電池壽命的問題。Silego的帶ASM的CMIC提供了一種替代解決方案。以下比較說明了微控制器和CMIC的ASM之間的設計權(quán)衡。

A.處理MCU代碼

Silego的第五代GreenPAK CMIC中的ASM包含8態(tài)和24個可能值推斷。ASM代表一個有多達24個IF...THEN語句的MCU程序。當一起考慮8態(tài)ASM功能與硬件輸入和輸出電路時，CMIC可以表示為大致用于常見8位和16位MCU的100行標準C代碼。

CMIC ASM是由事件驅(qū)動的，且無需時鐘操作。因此，當沒有事件時，ASM便會保持一種狀態(tài)，而沒有靜態(tài)功耗。因此，帶有有限輸入周期的應用便可在室溫下以漏電流功耗很好運行，僅消耗個位數(shù)納安級平均電流。

B.處理嵌入式控制問題

Silego優(yōu)化了ASM，減輕了眾所周知的風險和競態(tài)條件、編程/配置難題，同時保留了針對需要不到100行代碼的簡單（多達8態(tài)）嵌入式控制問題所固有的低功耗、低延遲的好處嵌入式。

C.Over kill微控制器 與CMIC ASM值的對比

微控制器在尺寸和功率方面往往效率低下。不難發(fā)現(xiàn)，在應用中使用的MCU用到的馬力不足1%。CMIC的ASM卻非常適合簡單的嵌入式控制應用，尤其是超低功耗應用。

D.中斷延遲 (ns與us)

微控制器的一個重要基準是，在核執(zhí)行中斷服務程序（ISR）的第一條指令之前，來自外部信號中斷的時間有多短，這就是所謂的中斷延遲。MCU中斷延遲通常在5至10us。

ASM相當于以納秒計算的中斷延遲，如果CMIC以5V電源工作，延遲最長只有50ns。

E.VDD變化

CMIC ASM在寬電壓范圍內(nèi)工作。正確設計的ASM得以保證無風險、無競態(tài)條件，因為每個ASM信號路徑都是由信號長度和門電路數(shù)來保證的。因此，隨著VDD變化，傳播延遲也是如此。不過，傳播延遲都是匹配的，因而性能可以保證。

改變，因為時序不會改變，時序余量將很快受到影響。

F.崩潰與否

設計和系統(tǒng)缺陷可能導致微控制器崩潰，包括：寫得很差的軟件、時序問題、中斷延遲的誤判、棧內(nèi)存不夠、內(nèi)存泄漏，以及程序內(nèi)存的誤寫。

Silego的ASM用NVM位進行了硬件配置，沒有時序問題、以納秒衡量的延遲、無棧內(nèi)存、無內(nèi)存泄漏、而且不會有意無意地寫程序內(nèi)存，因此本質(zhì)上更能防止VDD噪聲和電壓過低的情況。

G.基于無代碼GUI的工具與典型MCU工具的對比

CMIC ASM利用GreenPAK Designer開發(fā)環(huán)境進行配置。該軟件是一款簡單易用的原理圖捕獲編輯器，可以將典型MCU工具幾個月的學習時間縮短到Silego的GPAK的幾天時間。

H.CMIC尺寸與低功耗MCU的對比

CMIC沒有MCU架構(gòu)的復雜性，通常也比較小。如果CMIC產(chǎn)品可以執(zhí)行控制功能，那么它通常也是市場上最小的可編程選項。

CMIC讓嵌入式設計更簡單，產(chǎn)品更好

綜上所述，有8態(tài)ASM的小型CMIC可用于各種嵌入式控制應用，而這在以前本該是微型控制器的專屬領(lǐng)域。輕松配置的ASM為對IoT、便攜式、嵌入式應用很重要的超快狀態(tài)轉(zhuǎn)換、泄漏等級靜態(tài)電流消耗、魯棒設計，以及電源電壓容差等帶來了主要優(yōu)勢。此外，CMIC還提供了很多好處，將有助于嵌入式設計人員實現(xiàn)更大的產(chǎn)品利潤。