【原创】专用MCU是本土厂商突破机会?信号链MCU大有可为

winniewei 提交于 周四, 03/26/2020
【原创】专用MCU是本土厂商突破机会?信号链MCU大有可为

作者:张国斌

自从20世纪90年代被发明以后,MCU(又称为微控制器/单片机)已经走过了近20年的发展历程,MCU按应用可分成通用和专用型,通用只针对大多说标准应用领域,专用是一些特定应用领域例如我们熟悉的额温枪、白家电、电机控制、车载应用等。MCU多数为通用型,据IC Insights研究报告预测,2019年全球MCU市场规模达204亿美元、出货量达342亿颗,IC Insights预测2020年MCU的出货量将会提升7%!IC Insights预测2018至2023年的MCU销售额复合年均增长率(CAGR)增长3.9%,到2023年出货可望达到382亿颗。不过,随着物联网深入发展,笔者注意到更多MCU玩家开始从通用转向专用发展了。

图1  IC Insights研究报告预测MCU出货

图1  IC Insights研究报告预测MCU出货

其实MCU架构很简单,主要由CPU系统、程序存储器、数据存储器、各种I/O端口、基本功能单元(定时器/计数器等)以及外设单元组成,通用型MCU一般都集成了一般MCU所需要的功能,例如12位ADC、电源管理、时钟单元等,而专用MCU则针对特定应用进行优化例如电机类应用增加了DSP单元,或者集成了蓝牙协议栈成为一款无线MCU ,有的甚至固化了针对应用的算法,测温应用的MCU则增加了对传感器的信号处理等硬件单元等。

图2  MCU组成框图

图2  MCU组成框图

随着嵌入式智能化应用的深入,基于场景化应用的MCU需求增加,越来越多的MCU厂商倾向于提供专用解决方案。如在射频领域名震天下的Qorvo就通过收购Active-Semi,从射频领域杀入到电机控制专用MCU领域,等于是把射频领域的专长和电源管理、马达控制结合,催生出一个电机专用MCU。

专用MCU渐成热点

从目前全球MCU发展来看,市场主要被国外企业占领,反观国内MCU厂商,不论是市场份额还是技术先进性都无法和国外企业相比。国内MCU应用领域多集中在低中端电子产品,中高端电子产品市场还国外厂商手里。所以有业内人士认为国外MCU厂商在通用MCU领域布局已经很久,国内MCU厂商可以通过专用实现超越,据不完全统计,目前本土MCU厂商已经超过了一百家,其中不少厂家是瞄着国产替代国外MCU的商机去的,这样的定位必然走不远,要长久发展必须有长期规划和投入,而专用领域必须这样玩。

在去年的ELEXCON 2019深圳国际电子展上我注意到很多本土MCU提供给了专用方案,例如灵动微电子在电机控制、筋膜枪领域深耕。而华大半导体则在ETC设备以及白家电和水表燃气表方面加大投入。2019年正式进入MCU领域的国民技术则在则安全和电机控制领域重点布局,国民技术的智能锁方案和双电机空调方案都获得了参观者的青睐。

本土深耕ADC领域的芯海科技作为国内信号链MCU领跑者,提出了信号链IC的口号,推出了搭载24位ADC的信号链MCU ,提出了从精准感知到精准控制的理念,芯海科技的信号链MCU概念还得到了国内嵌入式领域资深专家何小庆教授的肯定。

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信号链MCU源于芯海科技多年来在信号测量和控制领域的积累,芯海科技CEO卢国建指出AIoT设备采集原始数据的精准度不够,AI算法对信息精准处理欠缺,这都会导致AIoT设备不够"精准"智能;以及跨多技术的AIoT方案开发周期长,投入大,导致普及的速度慢,这是产业普遍的痛点。如果国产MCU集成了其他属性比如高精度ADC、低漂移放大器、低漂移基准,再配合通用MCU的开发生态,它就变成在不同专用领域都很有优势的信号链MCU了,因为集成度高了,整体功耗小了,也满足未来硬件小型化一体化和快速开发的需要。

图3  芯海科技信号链MCU专注信号处理

图3  芯海科技信号链MCU专注信号处理

信号链是连接真实世界和数字世界的桥梁,任何一个电子设备都需要通过信号链将数字世界与真实世界联系在一起。一个完整信号链的工作原理为:从传感器探测到真实世界实际信号,如电磁波、声音、图像、温度、光信号等并将这些自然信号转化成模拟的电信号,通过放大器进行放大,然后通过ADC把模拟信号转化为数字信号,经过MCU或CPU及DSP等处理后,再经由DAC还原为模拟信号。芯海科技拥有完整的信号链芯片设计能力,核心技术为低速高精度的ADC技术及高可靠性MCU技术。

芯海科技持续发力信号链MCU

沿着这个方向,芯海科技近日还推出了集成双ADC的信号链MCU CS32A039,可用于目前最热门的额温枪应用,据芯海科技MCU产品经理王伟介绍,CS32A039基于ARM Cortex-M0内核,集成了5通道DMA、8KB SRAM、64KB Flash、CRC-32计算模块和96位UNID,处理能力强,开发者可以使用芯海科技32位通用MCU的开发生态,以及网上海量的开发资源,实现快速、灵活的开发和调试。

图4  芯海MCU开发生态

图4  芯海MCU开发生态

CS32A039采用双ADC架构:

一个高精度ADC信号链,包括多达5个输入通道、零漂移全差分放大器、24位高精度ΣΔADC、和低温漂基准电压等,只需极少的外围器件,就以满足高精度红外测温等高精度测温的需求。

一个SAR-ADC信号链,包括10个输入通道、12位SAR-ADC、温度传感器、电池电压测量通道等,可同步测量环境温度、电池电压等参数。

图5 CS32A039功能框图

图5 CS32A039功能框图

信号链MCU大显身手

新冠疫情爆发,测温产品额温枪成为热点中的热点,大批企业扎堆进入这个市场,市场容量急剧爆发,需求量去年的1000多万暴涨到5000多万,不过,随着大量厂商的涌入(据称是深圳就有超过2000家额温枪方案企业),额温枪市场供应也趋于逐步稳定,额温枪市场进入下半场开始自我淘汰,测量误差大、稳定性差、适应性差的方案将逐渐被淘汰,高精度、高集成、适应性好的方案开始受到追捧,芯海科技的集成双ADC的信号链MCU CS32A039的额温枪方案一推出就受到了市场的欢迎。

额温枪的测量误差主要来源于放大器失调电压温漂、增益误差温漂、ADC测量误差、及基准的温漂。零漂移放大器、高性能ADC和低漂移基准是红外测温枪设计的关键。CS32A039把上述功能集成在一个芯片内,极大的简化了额温枪的设计、生产和测试。

图6  芯海高集成高精度额温枪方案

图6  芯海高集成高精度额温枪方案

王伟表示除了红外测温客户外,还有很多工业测量、教育设备等领域的方案商准备用这款信号链MCU开发新产品。“芯海提供了SDK、红外测温算法库、开发套件等完善的开发环境,协助客户的产品快速上市。“他强调。

王伟强调,随着疫情的变化,红外测温行业会发生变化,除了专用的额温枪,还会产生很多新的产品形态,譬如:带蓝牙/Wi-Fi、支持扫码、甚至能识别身份证的智能测温设备,测温会成为很多智能设备的标配功能。CS32A039并非额温枪专用SoC,而是更加通用的信号链MCU,除了红外测温及其它高精度测量,还可以通过其丰富的接口,扩展蓝牙、Wi-Fi、二维码、身份证识别等多种功能,满足红外测温行业的升级需求。

他还表示其实CS32A039的应用远不限于额温枪,在压力测量、温度测量等都可以用,理论上所有需要高精度ADC的领域都可以覆盖,据悉,芯海科技的CS32A039还可以应用到以下场景。

1、铂电阻传感器测温电路,主要应用场景是土壤、水、气体测温、工业测温

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2、K型热电偶测温,主要应用场景是工业测温

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3、催化燃烧式气体传感器,主要应用于工业现场的天然气、液化气、煤气、烷类等可燃性气体浓度检测。

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4、红外热电堆传感器,主要应用场景是医用红外额温/耳温枪、工业红外测温设备、安防、火灾明火检测等。

5、压力传感器,主要应用场景是气体、液体压力传感器,压力触控,血压计。

【原创】专用MCU是本土厂商突破机会?信号链MCU大有可为

随着AIOT的应用走热,精准测量后实现精准控制是未来的发展趋势,所以笔者认为搭载高精度外设的信号链MCU大有可为。(完)

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