赋能蓝牙和电源管理,Dialog跻身32位MCU领域

  作者:迎九 时间:2019-03-29来源:电子产品世界

  摘要:作为MCU市场的后来者,要利用自己的原有优势跨界进入。例如Dialog半导体公司擅长电源管理、模拟芯片和蓝牙芯片等,不久前,该公司重磅推出了32位产品——蓝牙低功耗无线多核MCU。公司低功耗连接业务部总监Mark de Clercq接受了电子产品世界等媒体的采访。

  关键词:MCU;M33;蓝牙5.1;电源管理

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       1 SmartBond™ DA1469x蓝牙低功耗SoC系列的特点

       半导体公司的新产品是蓝牙低功耗SoC系列,包括4个型号,均建立在Dialog SmartBond™产品线的成功基础之上(如图1),为广泛的IoT连网消费类应用提供更强的处理能力、更多资源、更大的覆盖范围、和更长的电池续航能力。此次发布的DA1469x是第一个采用基于ARM处理器的专用应用处理器的量产无线MCU系列。M33为高端健身追踪器、先进智能家居设备和虚拟现实游戏控制器等计算密集型应用提供更强大的处理能力。
  系列为开发人员提供了先进的连接功能,可以满足多种应用的需求,并使其经得起未来的考验。其新型集成无线电提供的覆盖范围是前代产品的两倍,结合基于ARM的软件可编程数据包引擎,可部署协议并为无线通信提供充分的灵活性。
  在连接方面,一个新兴的应用是制造商通过新推出的蓝牙5.1标准中的到达角度(,AoA)和离开角度(AoD)特性实现精准定位。DA1469x符合此标准的新版本,为楼宇门禁和远程无钥开锁系统等需要精准室内定位的设备开辟了新的机会。
  为了增强系列的传感功能,M33应用处理器和M0+协议引擎配备了传感器节点控制器(SNC),该SNC基于可编程微型DSP,可自主运行并独立处理来自与其数字和模拟接口相连的传感器的数据,只在需要时唤醒应用处理器。除了该节能特性外,其最先进的电源管理单元(PMU)

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  还可以通过控制不同的处理内核,并只在需要的时候激活它们,提供业内最佳的电源管理。
  开发人员可以利用DA1469x系列全面的计算能力和功能。该SoC系列提供高达144 DMIPS、RAM、内存保护、浮点单元、专用加密引擎等,提供端到端的安全性和可扩展的存储器,确保可以利用该芯片组系列实现广泛的先进智能设备应用,并支持一系列关键的增值接口,进一步拓展功能。
  PMU还提供3个稳压电源轨和1个LDO输出,为外部系统元件供电,无需额外的电源管理IC(PMIC)。
  此外,DA1469x产品系列还配备了一系列关键的增值接口,包括显示驱动器、音频接口、USB、高精度ADC、能驱动ERM和LRA电机的触觉控制驱动器、以及可编程步进电机控制器。
  2 热门问答

       2.1 与其他MCU相比的特色

       问:和其他MCU公司开发的无线MCU相比,这款产品的最大不同是什么?
  答:我们的优势主要是能够集成一些高度复杂的模拟电路和电源管理单元。因为其他没有一家供应商能够集成电源管理单元,还有电池的充电器,还包括一些模拟电路中非常特别的,比如触觉驱动器、自动电机控制器和白光LED驱动等等,这些模拟电路是比较难集成的,我们可以集成这些高度复杂的模拟电路。集成后,节省了PCB(印制板)占板空间和成本(如图2)。
  问:这个产品有两个大类,一个是通用型,一个专用型,能不能介绍一下专用型主要面向哪些应用?
  答:专用型应用包括可穿戴设备、虚拟现实、遥控、游戏控制器、有语音控制的高端机顶盒遥控等。还包括像使用可充电电池的电子烟、智能家居门锁和高端玩具等,这些应用需要一些专用的外设去实现。
  问:智能门锁的应用场景如何?
  答:智能家居当中会应用到一系列不同的技术,例如蓝牙mesh技术,Dialog是支持的。另外,Dialog还支持蓝牙领域的另一个标准:HomeKit。为什么智能门锁比较重要呢?我们看今天的电子门锁,门其实不能探测人是在哪里的,你需要跟门锁交互之后才能开门。但是有了蓝牙5.1里的通过到达角度和离开角度实现定位功能,门锁就可以感知到人是在屋内还是屋外,是在一层或是在哪里,然后决定是否要开关门。
  2.2 无线和蓝牙5.1

       问:新型无线电提供的覆盖范围是前代产品的两倍,请问这两倍的提升是怎么达到的?如果覆盖范围达到前代产品两倍提升的话,是不是功耗也有增加?
  答:我们覆盖范围的扩展,主要是将输出功率从0dBM升级到6 dBm,还有接收灵敏度也提高了4 dBm。
  说到功耗,Dialog实现0 dBm功率输出的RF前端的功耗已经是下降了,但是如果要达到6 dBm,确实功耗是上升。但这是取决于用户的选择,用户在应用中可以选择让输出功率是6还是5、4、3、2、1、0 dBm 甚至更低,可以根据应用不同而动态调节功耗。

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  问:同样是2.4 GHz,为什么这款芯片只支持蓝牙?
  答:我们其实考量了Thread和IEE 802.15.4的协议,而且也在上一代产品中的一个产品有Thread,但是因为这两种协议的市场发展非常缓慢,所以我们就决定只关注蓝牙市场,因为蓝牙的发展速度快,潜力也更大一些。
  问:在工业领域,目前大部分用厘米级的定位,用UWB的方案。蓝牙5.1能否部分取代UWB的市场?
  答: UWB确实也是针对定位和物品追踪技术的,现在我们评论可能还为时尚早,因为蓝牙5.1和UWB这两项技术都还处于试图打入市场的阶段。不过蓝牙有一个优势,就是它已经集成在智能手机里了。除非UWB也集成到智能手机中,不然对于UWB来说,是多一层进入市场的障碍。如果让你选择,在智能手机中增加一个新的无线电,并增加功耗和成本,还是用现有的技术,比如蓝牙?可见蓝牙比较占优势。
  问:蓝牙5.1的覆盖范围是多大?
  答:覆盖范围跟旧版标准没有太大的差别,因为到达角不是确定覆盖范围的因素,覆盖范围主要还是由天线的性能来决定的。
  另外AoA里面因为是多个天线,会释放出波束,波束是向外扩展的。离发射源越远的话,波束覆盖的范围越广,但是精度就越低。
  为了提高精确度,有的客户会使用超过两个天线,例如三四个天线进行三角定位,或者使用两个不同的接收器,通过两个波束交叉部分来实现更精确的空间定位。
  问:今天的产品支持AoA和AoD,如果支持寻向功能,是不是通过软件功能能做到?
  答:实际上,AoA和AoD就是寻向功能特性。寻向功能的实现有两种方法,一个是通过AoA,发射器有一个天线,接收器有两个及以上天线,来接收信号。另外一个方法是AoD,发射器有多个天线,通过发射器上的多个天线发射一个信号,而接收器端只有一个天线,但它实时收到来自多个天线的信号,来确定角度。
  不管是AoA还是AoD,发射和接收端中,总是有一方是一个天线,另一方是两个及以上的天线。对于只有一个天线的那端,不管是接收器还是发射器,它的协议引擎的设计都足够灵活,可以通过软件升级更新来实现这个特性。但是对于有多个天线的一端,就需要新的设计了,单纯的软件升级做不到。
  例如智能手机和基站的应用案例,智能手机一端可以通过软件升级来实现,因为智能手机是一个天线。但是基站有多个天线,所以就是新的应用了。
  2.3 电源管理

       问:新芯片的集成电源管理单元可对外接的设备进行电源控制,是不是可以再介绍一下?
  答:系统中一般的MCU都会有一个外接的电源管理芯片,从电池来向系统中不同的器件提供电压不同和功率不同的电源。但是我们把电源管理单元集成到了芯片里面,它可以给外接元件供电,并且实现电源可控和优化。
  问:新芯片有7个独立的电源域,从客户的角度在应用上是不是比较复杂?
  答:这其实是Dialog设计的优势所在。我们的软件里可以实现所有电源的自动化电源管理,用户只需要决定他要用哪些,我们的软件会自动去给他开通或关闭某些电源域。
  2.4 MCU的产品定义

       问:既然你们已经升级到了M33内核,为什么可配置的MAC处理器没有升级到M23的内核?
  答:Dialog当时对比了M0+和M23,当时Dialog在开发的IP是基于M0+的,认为M0+和M23处理器之间的差别不足以重新来设计IP。
  问:制程工艺是多少呢?在哪里生产的?
  答:这个用先进的55 nm ULP(超低功耗制程)工艺。我们还没有官宣制造供应商,历史上一般是跟台积电合作生产。
  上一代产品的制程也是55 nm,但是没有用ULP。
  问:你们是超低功耗的,能跟竞争对手比一比吗?
  答:相比Dialog上一代产品,这一代产品的优势是具有动态的电压和频率的调节,按照处理器运行的频率去选择电压。另外在系统闲置或睡眠模式时用电更低,这样有助于根据应用的频率或模式来优化功耗,例如在是1.2 V供电电压,32 MHz的时候是0.9 V,闲置的时候电压更低,这些特性是由ULP来实现的。
  问:该芯片没有内置Flash原因是什么?
  答:在先进的处理节点上面要加内置闪存会非常贵,我们放在外部扩展闪存可以提供灵活度,可以选择闪存的大小。有些应用需要0.5 MB、1 MB、2 MB或4MB闪存等,下一代产品可能需要更大的闪存,所以外接闪存可以提供很多选择的灵活性,而且外接闪存在成本上也很有优势。问:但是有些客户觉得这样不太安全?
  答:我们这个产品的独特优势,就是确保了闪存接口的安全性,我们采用了On-the-Fly动态解密,可以将加密的镜像存储在闪存中,即使有人尝试读取闪存,闪存也是加密了的。我们的做法是,在读取闪存的时候进行动态解密,并执行解密后的代码,并且在同一周期中没有延迟。
  问: ARM Cortex M33好像不支持防止物理攻击,对这样安全的隐患怎么解决?
  答:确实产品可能会遭到不同层面的攻击,有的是物理攻击,有的不是物理层面的攻击。为了阻止物理层面的攻击,我们将安全密钥保存在独立一次性可编程(OTP)block中,即使有人发起物理攻击,尝试从串行电路板或处理器去访问密钥,密钥是被屏蔽保护的,加密内核与串行电路和处理器是完全隔离的。这个安全性能可以允许一些应用无需添加外部安全元件。但是像银行级应用还会再多加一层外部的安全元素,以实现更高级的安全特性,避免更复杂的物理攻击,比如芯片去层。

    (注:本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第4期第17页,欢迎您写论文时引用,并注明出处。)

关键词: 201904 MCU M33 蓝牙5.1 电源管理

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