嵌入式系统与FPGA的最新动向

　　普芯达赵依军也认为集成更多的数模混合信号是嵌入式系统发展的必由之路，“MCU将会集成更多更复杂的模拟功能和处理模块，构成一个真正意义上的SoC，它将使嵌入式系统的开发理念发生深刻的变化。”但这并不意味着MCU会脱离数字核心，相反，这一变化会促进数字部分性能的提升以满足越来越高的处理要求。目前，普芯达不仅会设计集成了模拟和混合信号的MCU，还会在以前属于纯粹模拟电路的一些应用中开发智能化的芯片。

　　飞思卡尔的曾劲涛指出，模拟功能将成为MCU产品的一个差异化优势。分立模拟器件在大多数情况下仍然具有性能优势。但是，随着MCU集成模拟的功能不断增强，分立模拟器件的优势正在逐渐减弱。例如：飞思卡尔Flexis MM系列专门为医疗设备设计，集成高精度的16位ADC、DAC、运放等高精度模拟单元进一步降低系统成本，加快开发进程。

　　ADI公司称近期推出的BF506F处理器集成了高性能DSP和高性能AD转换器，在400MHz主频的前提下，性能达到11.7bit ENOB(有效位数)。

　　TI公司一直是积极推进MCU中增加模拟/混合信号的企业。今年1月发布的低成本浮点 Piccolo MCU——TMS320F2806x，可以单独来实现PLC(电力线通信)。使低能耗电机控制与可再生能源应用的开发人员可采用单个 F2806x MCU 通过低成本方式执行控制环路、电力线通信 (PLC) 协议以及调制方案。

　　MCU集成模拟的利弊分析

　　最大的嵌入式芯片MCU企业——瑞萨电子对MCU集成模拟十分慎重，去年10月才宣布在MCU研发中增加模拟/混合信号功能[8]。瑞萨电子的邱荣丰指出，开发模拟功能的芯片不容易，因为从工艺考虑的话，模拟功能用的技术工艺是很高的，所以整个芯片会变得很大，这样会影响到成本。

　　上海普芯达的赵依军也认为，集成模拟带来了开发难度。由于模拟和数字开发工作集中在同一颗芯片上，芯片和应用设计难度都有所增加，尤其是在模数双方的相互抗干扰处理上，工程师们将面临较大的挑战。

　　市场调查公司Gartner半导体和电子研究总监 Adib Ghubril对MCU中集成模拟的观点也是谨慎的。Adib分析道，小型化可以提高系统的可靠性(主板上的芯片数量更少)、使体积更小(从而提高可用性和灵活性)，并能使人们获得更高的收益。但是，与其具有相似功能的纯粹的数字MCU相比，混合信号MCU存在性能降低的问题，——尽管目前人们尚未弄清两者之间在系统级(即主板级)上存在何种差异。而且，相比于模拟和数字电路分别按照各自独立的技术路线图发展，数模集成会增加晶圆片级的风险;承担这些风险必须能够有利于给我们带来回报。通常，虽然我们期望Freescale以及Renesas(瑞萨)等领军企业能够推出体积更小的器件;但是，Gartner发现许多公司缺乏必要的资金去实施此类集成路线图。

　　许多公司使用混合信号MCU这种术语去描述具有板上比较器(on-board comparators)或模数/数模转换器的芯片;虽然这一术语也许是正确的，但它还是存在一些误导，“因为在我的头脑中，混合信号技术综合了类似电压基准/调节器、传感器甚至功率放大器等东西，并最终将会包含功率放大器。”但另一方面，“特殊应用”MCU的趋势一般受到嵌入界股东的支持，同时，在芯片制造商中能够更为清晰地看到这种趋势。分立模拟器件的机会

　　而分立模拟器件厂商对此的看法如何呢?Intersil公司Tamara Schmitz在《电子产品世界》2010年12期《信号链的集成与去集成》[9]中指出：“⋯⋯但你为什么要选择去集成呢?原因有很多。产品或应用可能比较新，还没到有必要投资开发一个ASSP设计的地步。其次是没有一点灵活性。万一你想升级到更高阶的滤波器，以补偿一个新的强干扰?万一你想尝试一个新的转换器配置?万一你必须快速建立一个原型产品?万一小的设计改动能让你的系统设计更加灵活，并且能容纳更多的应用和更多的客户?我个人特别喜欢的情况是：万一你希望得到更低的功耗呢?许多转换器需要1.8V电源，而许多运算放大器可能需要3.3V或5V来达到系统所需的动态范围/CMRR。分立方案的选择更多，对应用的优化也更多。许多有经验的系统设计者对电路布板和电源旁路十分精通，他们倾向于选用分立方案，这样可以保留进一步选择的便利。”

　　目前，分立模拟器件也在发展，集成度越来越高，越来越简单易用，或者开发特殊的应用产品。例如，美国国家半导体公司(NS)今年1月推出了可配置传感器模拟前端(AFE)芯片为例，LMP91000是可全面配置的低功耗恒电位仪，可在传感器与ADC间提供一个高度集成的完整信号路径，适用于微功耗的化学物质及气体检测应用。为了简单易用，NS还提供了开发工具。据NS精密信号路径产品部副总裁James Ashe介绍，NS在完成传感器信号路径设计的WEBENCH传感器模拟前端电路设计工具(WEBENCH Sensor AFE Designer)上也进行了重要投资，使电路可调，来兼容多种技术规格，支持数百款温度、压力及化学传感器。“像LM91000芯片的恒电位仪电压和输出增益都可根据设计要求自行设置，这令工程师可以探测更多的气体种类，或者探测不同的气体浓度，并确保设备的总系统功耗可低至10μA(平均值)。”