近年來物聯網類運用逐漸走入工業和消費范疇,尤其在水氣熱表、穿戴設備、醫療電子、智能家居、長途測控、無線傳感等許多運用中,衍生出很多的低功耗類需求。如接連血糖監測儀要求電池續航14天以上;物流監測定位器要求電池續航3個月以上;智能水表要求電池續航6年以上;山體滑坡監測器要求環境自供電永久續航等等。這些運用選用電池供電或許經過環境能量收集進行作業,一起要求續航時刻長達數月,乃至數年,因而功耗成為這類運用最要害的限制要素。超低功耗MCU微操控器作為主控器材,在物聯網運用中扮演著至關重要的人物,其功耗方針的技能創新將推動物聯網運用的快速開展,并衍生出許多新的產品形狀和運用場景。
低功耗MCU微操控器商場規模2019年為44億美元,估計到2024年將增長到129億美元,年復合增長率(CAGR)為24.1%。根據相關資訊猜測,在全球微操控器商場比例中,低功耗微操控器約占15%~20%。意法半導體部分副總裁、微操控器事業部Ricardo de SaEarp也表明:“在曩昔的五年中,ST微操控器全球比例簡直翻了一倍,STM32低功耗微操控器出貨量迄今超越20億顆?!备褐悄芑\用和物聯網的快速開展,低功耗微操控器的商場將持續擴展,這個占比還將進一步提高。
作業形式各廠家不同,但職業點評規范已趨于一致
不同的運用場景,對微操控器在功用、功能和功耗的需求有很大的差異。有些場景需求全速作業,有些場景需求低速作業,有些場景只需求間歇性作業。針對這些不同的運用場景,各廠商都進行了精細化的規劃,支撐不同的運轉形式和不同深度的休眠形式。但關于不同作業形式的規劃和界說,不同微操控器廠商的規劃和命名各不相同,因而很難直觀的比較產品之間的功耗特性。
為了能更好地點評低功耗MCU芯片微操控器的功耗特性,嵌入式微處理基準協會(EEMBC)在2014年3月提出了ULPMark規范,方針在于為開發人員供給能牢靠與合理丈量微操控器能效的辦法。該規范支撐兩個版別:ULPMark-CoreProfile和ULPMark-PeripheralProfile。
ULPMark-Core Profile:側重于MCU芯片的內核測驗。這個測驗基準規則了10個1秒鐘的處理周期,每個處理周期MCU需求完結指定的通用運算使命,然后可進入睡覺狀況。終究以10個周期的均勻能量耗費,作為點評芯片功耗水平的根據,然后給出ULPMark-CP的分數。這個分數充分反映了芯片的運轉功耗、睡覺功耗以及形式切換進程的功耗,然后可以全面精確地點評芯片的功耗方針。
ULPMark-Peripheral Profile:側重于MCU的常用外設測驗,包含脈寬調制(PWM)、模數轉化(ADC)、串行外設接口(SPI)以及實時時鐘(RTC)。該測驗基準規則了10個1秒鐘的處理周期,每個處理周期內會依照要求運用ADC、SPI、PWM、RTC等外設,使命完結后內核和外設就可以進入睡覺狀況。終究以10個周期內的均勻能量耗費,作為點評芯片功耗水平的根據,然后給出ULPMark-PP的分數。
ULPMark供給了一個規范化的測驗基準,讓我們可以對微處理器的不同作業形式進行歸納點評,而且把測驗成果數值化,具有直觀的可比性。該測驗基準得到微操控廠商的廣泛認可,世界各大MCU廠商均是其會員,選用ULPMark規范進行產品的功耗評測,將相應的跑分上傳EEMBC的ULPMark跑分榜單。該榜單對外揭露,可直接登錄網站查閱。
國內外大廠先后布局,低功耗技能各顯神通
鑒于寬廣的商場前景和微弱的開展趨勢,各大半導體廠商爭先在低功耗范疇進行布局。怎么完成低功耗微操控器,各廠商各顯神通,力求將功耗方針面向極致。
世界廠商在低功耗范疇布局較早,面向慣例低功耗運用范疇,均現已構成多系列的產品布局,如ST支撐STM32L1、STM32L0、STM32L4、STM32L4+、STM32L5等產品系列。其他如Microchip、SiliconLab、TI等廠商也都有各自的低功耗系列產品。
近兩年,面向環境自供電的超低功耗運用,各世界廠商正在逐漸推出超低功耗系列產品,以拓寬智能物聯網的運用規模。如武漢瑞納捷半導體根據已有的低功耗技能、低功耗運用、低功耗IP的堆集,從工藝制程、規劃辦法等方面尋求技能打破,連續推出了其超低功耗的產品系列。