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恩智浦超低功耗MCU專注傳感器處理應用

2015-02-04 20:19:24 本站原創

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物聯網及可穿戴設備的流行和迅速發展，已經成為行業的潮流。這些聯網設備最大的特點就是，集成了多種傳感器，需要對來自各個傳感器的信號進行隨時的收集、監控、處理、通信，同時因為是電池供電，還要求系統的耗電量極低，才可滿足用戶良好的使用體驗。

超低功耗的實現

針對這樣的需求，恩智浦半導體最近推出了超低功耗的MCU——LPC54100系列微控制器。該系列產品通過不同的工作模式獲得超低的功耗，再配以高能效的ADC和極小的封裝，非常適合那些需要一直開啟的、需要對多種傳感器信號進行處理的應用，比如智能手機、便攜式健身設備、游戲娛樂設備、工業里的環境/位置監控等。

圖1：LPC54100系列MCU

LPC54100系列MCU是一個具有雙核架構的處理器平臺，兩個處理器核各自有不同的分工，進行不同類別傳感器數據的處理工作：Cortex –M0+內核，功耗為55uA/MHz，主要負責傳感器信號的監聽、數據采集和管理；Cortex-M4內核，功耗為100uA/MHz，主要負責傳感器信息處理和數據通信。根據終端設備不同的使用情況，可設置不同的工作狀態或模式，僅調用最低必須的處理能力，從而達到超低功耗的效果。

以一個典型的便攜式健身設備——計步器為例，該設備具有三個典型的工作狀態：

1、監聽狀態——當用戶坐下或停止不動時，系統處于掉電監聽模式，無任何CPU的處理，此時LPC54100功耗為3uA，而競爭產品則為9uA；
2、當用戶走動時，系統處于讀取狀態，啟動Cortex-M0+核，通過I2C和ADC讀取和處理數據，Cortex-M0+功耗為55uA/MHz，而競爭對手采用Cortex-M4F功耗為112uA/MHz；
3、當來自不同傳感器的數據需要進行融合處理和計算時，啟動Cortex-M4核，功耗為100uA/MHz，而競爭產品的Cortex-M4核功耗為112uA/MHz。
LPC54100總計可比競爭產品節能20%。

據恩智浦半導體全球微控制器產品線大眾市場產品總經理Ross Bannatyne介紹，上述只是三種典型的工作狀態，并不僅限于此。LPC54100系列MCU還可根據需求調節處理任務浮點運算的頻率，從而獲得更多的不同的功耗性能比。

低功耗的實現還離不開高能效的ADC的貢獻。Ross談到，LPC54100中的高能效ADC能在任何一個電壓區間（1.62V-3.6V）實現高清12位、4.8Msps的傳輸速度。一般的微控制器ADC速度只能夠達到4.8Msps的一半，2.4Msps。而當電壓降低至1.8V,速度又會降至一半，僅1.2Msps，而在 1.8V之下，基本就不工作了。為了實現更好的功耗性能，恩智浦在LPC54100產品的ADC設計上沒有沿用現有的ADC，而是從零開始設計了全新的ADC，完全是自己的IP。

完整解決方案

在將LPC54100系列推向市場時，恩智浦是以解決方案的形式面向用戶的，以助他們能夠將基于運動和傳感器處理的應用快速推向市場。除了芯片本身外，同時提供電路板、軟件和相關文檔。其中電路板包括LPCpressor54102開發板、傳感器擴展板（可搭配博世Sensortec傳感器：磁力計、加速度計、陀螺儀、壓力傳感器；美信的環境光照和近距離傳感器；Ackme藍牙LE模塊）。軟件包括LPCOpen軟件驅動程序、LPC傳感器軟件架構與博世BSXLite傳感器軟件算法庫和演示軟件。文檔包括快速入門指南、用戶指南、API參考等。

恩智浦還和一些合作伙伴共同推出了基于LPC54100的完整的解決方案。比如：SensorHub是恩智浦與軟件廠商BST共同推出的一個傳感器樞紐平臺。方案的初衷是用來連接運動、環境類、醫學類傳感器，而現在的應用已經擴展到連接一些音頻處理設備、臉部識別、指紋識別等生物醫學相關的功能，如語音喚醒、、面部識別，甚至紅外遙控、藍牙傳輸、附件的升級等方面。

圖2：LPC54100 SensorHub解決方案

QCA Wi-Fi模塊是恩智浦與Qualcomm和Fortune公司共同開發，將LPC54100與QCA4002 Wi-Fi芯片和RF前端芯片以及天線集成，是一個低成本的工業級Wi-Fi模塊，用戶基于此可以擴展出豐富的開發接口，既有Wi-Fi的連接特性，又可使用MCU的控制特性和MCU上豐富的連接功能，如UART、I2C、SPI，有方便的調試和開發能力，不僅可以用于現在的IOT和智能家居，在工業類、照明類的應用也同樣有比較廣泛的前景。

LPC54100加上BCM43362，是基于Broadcom Wi-Fi的方案，該方案特點在于其軟件方向的完整性，擁有目前IOT領域里少見的完整的解決方案，包括MCU驅動程序、協議站、云端服務器和軟件、智能手機基于IOS或者安裝系統的SDK開發套件。

與周立功公司共同開發的Apollo平臺，是一個即插即用的嵌入式系統軟硬件開發平臺，面向傳統的工業類和通用市場。配有20多個擴展板，如Sensor板、藍牙模塊板、Wi-Fi模塊板，顯示模塊板，繼電器板，用戶可自由選擇和自由組裝搭建自己的硬件系統。它的軟件也是積木式的軟件平臺，包括操作系統、各種協議棧、USB驅動程序、GUI、圖形庫。該系統不管是對初級愛好者還是對工程師前期開發、原形設計和評估都是理想的開發平臺。