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无线USB与可编程MCU的结合创造出一种新型器件

作者:angelazhang时间:2015-08-27浏览次数:1554

通常情况下,管理重组无益于工程生产力的提高。然而,赛普拉斯半导体公司将几个旧有的独立业务整合为一个新业务时,却发现不同业务和工程技能的结合恰恰与一个巨大的市场需求相吻合。一条新的产品线就这样诞生了。


今年早些时候,赛普拉斯宣布其时钟技术部门(负责时钟发生器芯片)和个人通信部门(主要负责短距离低比特率无线芯片)已经整合为一个新实体——消费及计算部门,而开发PSoC可配置混合信号MCU的赛普拉斯微系统子公司也被并入这一新部门。


随后,赛普拉斯提出了一个明显能够相互促进的解决方案:将基于闪存的PSoC MCU(常用在价格低廉的PC外设和消费类设备中)与2.4GHz的无线USB IP内核相结合,形成全新的可编程片上无线(PRoC,programmable Radio on Chip)产品。结合后的单芯片将集成一个8位的专有MCU、一个用户可配置的模拟和数字模块阵列以及一个功能等效于USB端口的无线链路。该产品面向消费电子、家用与工业自动化、人机接口设备(HID)、交通运输、安全与医疗系统等应用领域。


赛普拉斯公司亚太区销售和运营董事总经理Paul Novell介绍,PSoC产品的最大特点是系统不同于CPLD与FPGA的门级可编程性。PSoC采用8位的M8C微控制器内核,可通过配置程序库来配置模拟与数字模块,如ADC/DAC、滤波器、放大器、比较器、定时器、计数器、PWM和I2C等。同时,它还集成了4KB到32KB的SONOS闪存以及用于数据存储的256字节到2KB的SRAM等。


该公司的无线USB是一款2.4GHz的低频低功耗外围设计,作为有线USB的替代方案提供给PC和外围设备生产商。由于采用直接扩频技术(DSSS),无线接口对邻近频段内或频段附近的其它信号源(蓝牙、WLAN)具有很强的抗干扰能力。赛普拉斯无线小组营销经理Deepak Sharma表示,该公司在接口附近设置了各种干扰环境对无线USB进行广泛测试,发现其吞吐量没有下降。目前,无线USB的应用领域已从原来点到点的无线鼠标、游戏杆、键盘等无线HID应用扩展到多点到点的家庭和工业自动化应用中。


集成PSoC M8C微控器与无线USB内核的PRoC产品系列具有上述两个产品的功能与优势,根据不同产品,可实现10m和50m的工作范围。PRoC产品系列目前仅有一款产品面市,该芯片集成了8KB闪存、512字节SRAM数据存储器;同时具有8个可配置的功能模块(四个模拟模块,四个数字模块);还包括2个比较器、2个8位28通道ADC以及8-32位定时器、计数器、PWM、全双工UART、SPI主控制器或从动器等。它采用QFN封装和0.35微米工艺。

 

图1: 赛普拉斯的PRoC无线USB MCU


该款无线设计的一个重要方面是其透明性。对软件而言,该无线模块是一个标准USB接口。虽然有一个非USB协议层,但对MCU内核来说负担很轻,而且只需要4kB的内存,Sharma表示。


两种技术的融合产生了一些颇为有趣的可能,例如通过一个USB集线器无线地进行检测和计算。此外,融合后的PRoC芯片在易用性、可靠性方面都具有优势。Novell表示,在易用性方面,PRoC芯片可实现有线至无线的无缝转换、即时无线连接以及与最近节点的自动连接。协议的一个特性允许终端用户只需将设备在集线器加密狗附近一英寸的物理范围内停留数秒,就可以简单地将无线USB设备与特定集线器相连。而后,除非这一设备在集线器50英尺以外,否则逻辑上它总是和集线器相连的。在可靠性方面,由于采用DSSS技术,该芯片具有抗干扰性以及低功耗特性(只有3mw)。此外,该芯片还提高了集成度,减少了外部元件(只需要大约10个外部元件),从而降低了成本。


但是Sharma指出,这种连接也有一定局限性。例如连接速率相对较低,因此只适合于指令链路和低速的非关键数据传输,而不适合工业控制应用网络上的各种控制环。另外,其拓扑结构仅限于简单的星形网络,不过通过简单地增加集线器,网络的容错性可以得到提高。


大批量订购时,该芯片的目标价格为3到4美元,差不多是一个小型微控制器加一个低端无线芯片的价格。该价位符合许多中等批量产品设计的成本预算,也省去了寻找多家供应商而带来的麻烦。


从产品管理的角度来看,PRoC是一个很不错的方案。将两条不相关的赛普拉斯产品线瞄准相似市场,在某些情况下还可以使用相同的设计团队。该公司表示,两种产品具有物理上兼容的工艺技术,并且将两种功能集成在单个芯片上还不会产生严重的信号完整性问题。



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