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铁电FRAM微控制器开启超低功耗MCU新时代

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2014-07-01  来源:eetrend   作者:张谊 钟丽清  浏览次数: 3550
[摘要]“这颗MCU超低功耗特性突出,有效电流100微安,待机电流450nA,在进行模拟数据采集、运算的时候,工作只有电流140微安!而且不管是在40度还是到85度,在全温度范围里我们都可以做低功耗。”在近日TI媒体见面会上,TI半导体事业部嵌入式产品业务拓展经理吴健鸿特别强调了TI最新MSP430™ FRAM铁电微控制器的一些突出特性。“它甚至功耗低到可以用NFC手机充电。”

    “这颗MCU超低功耗特性突出,有效电流100微安,待机电流450nA,在进行模拟数据采集、运算的时候,工作只有电流140微安!而且不管是在40度还是到85度,在全温度范围里我们都可以做低功耗。”在近日TI媒体见面会上,TI半导体事业部嵌入式产品业务拓展经理吴健鸿特别强调了TI最新MSP430™ FRAM铁电微控制器的一些突出特性。“它甚至功耗低到可以用NFC手机充电。”

     他介绍说,后续的MCU可以通过NFC天线实现工作,当NFC手机靠近它的时候,NFC天线可以接收能量让铁电MCU进入工作状态,把数据传输给手机,所以这样的铁电MCU可以不用电池供电,显然,一些可穿戴产品可以利用这个特性实现超低功耗。

    铁电微控制器的核心就是没有采用一般MCU惯用的flash存储单元,而采用了铁电存储器,铁电存储器能兼容RAM的一切功能,并且和ROM技术一样,是一种非易失性的存储器。铁电存储器在这两类存储类型间搭起了一座跨越沟壑的桥梁--一种非易失性的RAM。

铁电存储器技术原理
当一个电场被加到铁电晶体时,中心原子顺着电场的方向在晶体里移动。当原子移动时,它通过一个能量壁垒,从而引起电荷击穿。内部电路感应到电荷击穿并设置存储器。移去电场后,中心原子保持不动,存储器的状态也得以保存。所以铁电存储器有几个突出特点,一个是掉电后数据保存,一个是数据读写速度快且可以多次写入。

铁电存储器技术原理

 

这些特点被微控制器厂商利用就带来了性能突出的铁电MCU。不过,要让铁电MCU变成工程师称手的工具,厂商还需要做很多工作。

吴健鸿表示:“我们在跟客户接触时发现,发现客户在MCU开发中最头痛的四个问题是能耗设计、调试、复杂性和后续开发复用问题,所以,我们的MSP430FR59x MCU 和MSP430FR69x MCU系列专门针对客户的痛点进行了优化。总结起来有四个特点。”

一、ULP 架构
据他介绍,TI的铁电MCU产品始于三年前,2011年 TI就宣布推出业界首款超低功耗铁电随机存取存储器 (FRAM) 16位微控制器MSP430FR57xx FRAM系列,
当从FRAM中执行代码时,可将当时业界最佳功耗水平降低50%之多——工作流耗为100μA/MHz(主动模式)。

而过去20年里,TI德国设计团队一直在将MSP430打造为最低功耗MCU,本次推出的FR59、FR69系列产品就是采用了新的ULP(超低功耗)架构,所以在功耗方面有新的突破。主要指标是
有效功率:100 μA/MHz
待机功耗:450 nA
在 -40oC 至 85oC 温度范围内有业界领先的功率特性

二、新系列采用EnergyTrace+ +技术实时调试功耗

能源调试的现存挑战

 

传统上,工程师在低功耗调试的时候,采取的办法是需要做一个开发板或样品,在做样品的时候就把软件下载到这个硬件上,再用一个表格来分析功耗。很多情况下,因为运行的软件在不同的时间点用的功耗是不一样的,而且还要根据场景变化来调整功耗,这样很麻烦,用一个硬件去测量,所以,TI开发了一个新工具EnergyTrace+ +,可以非常方便地管理电能。

运用EnergyTrace++ 技术实时调试能源

 

据他介绍,TI的新型EnergyTrace++技术是全球第一个能使开发人员为每个外设实时分析功耗(电流分辨率低至5nA)的调试系统。这使工程师能控制自己的功耗预算并优化软件,竭尽所能创造出能耗最低的产品。这项新技术现在可用于MSP430FR59x和MSP430FR69x MCU产品系列,并配备全新的低成本MSP430FR5969 LaunchPad开发套件。

三、降低开发复杂度

在降低开发复杂度方面,铁电MCU的优势也很明显。“当我们谈到低功耗产品设计的复杂度时,我们希望客户只需简单地设计及可以实现超低功耗的好产品来,铁电MCU发挥很大的优势。”他指出,“例如铁电本身不仅可以做Flash用,也可以当作SDRAM用,所以不管是代码还是数据都可以同时间放在FRAM里传送,而且传送速度也很快,让客户有更灵活的系统完成他们的复杂设计。”

FRAM:实际优势

 

而且FRAM可以简化代码开发。由于FRAM无需预先擦除段,并可基于比特级被存取,使恒定的即时数据记录成为可能。无线固件更新复杂程度降低,速度加快且能耗减少。

数据显示在电流低于800μA的情况下它以8Mbps的速率被写入 — 比闪存快100倍以上。而且理论擦写循环次数在100亿次以上!

吴健鸿表示TI的MSP430™ MCU都实现了引脚和代码兼容,所以可以让开发变得很轻松,可以利用MSP430Ware™来简化迁移。(注:TI MSP430Ware采用便利套件的形式提供,囊括了代码范例、产品说明书及其它设计资源,适用于所有 MSP430™ MCU 器件。)

TI 超低功耗 MSP430 FRAM 产品系列


 

FRAM 与闪存协调一致

 

四、应用领域

显然,这款产品特别适用于一些需要超低功耗、灵活闪存和智能模拟集成的应用场景,如智能工业自动化、智能家居、智能穿戴等领域。

使工厂更加高效地运转


 

提高智能家居的可靠性并延长使用期限


 

支持可穿戴式产品

 

    MSP430FR59x MCU可批量供货。MSP430FR69x MCU现已开始提供样片,并将在2014年第3季度用于正式批量生产。MSP-EXP430FR5969 LaunchPad与Sharp® 96 Memory LCD BoosterPack捆绑销售。此外,MSP-FET也已开始供货。

     据吴健鸿介绍开发人员可通过涵盖面齐全的培训计划(包含针对超低功耗平台各个方面的在线培训和现场培训环节)开始使用TI的FRAM MCU产品组合。另外,一系列深入细致的教程视频将帮开发人员快速启动设计并在设计周期的任何阶段采用EnergyTrace++技术和开发工具对TI的FRAM MCU进行故障排除。

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