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原创 物联网应用持久工作需要怎样的MCU?

2015-4-30 15:10 322 1 1 分类: 通信
物联网(IoT)是现今发展最快速和最具活力的市场之一。物联网中的一大产品类别——可穿戴设计主要受限于电池尺寸。换句话说,可穿戴产品的外形尺寸终将取决于电池尺寸而非PCB尺寸。因此,减少可穿戴产品的总体功耗极为重要,这将直接影响到设计中的最大器件——电池。 低功耗已经取代性能成为电子设计的首要挑战。物联网设计为了满足低功耗的要求,通常采用ARM Cortex-M0+内核的MCU进行设计。然而这却会对处理性能产生影响。那么,在设计物联网产品时如何才能兼顾性能与功耗?若能同时获得高性能与低功耗,又能实现怎样的产品创新? 亚阈值技术打破功耗限制 Ambiq Micro公司市场营销副总裁Mike Salas告诉记者,相比于市场上其他的MCU厂商,Ambiq Micro公司能够提供市场所需的革命性功耗进步。Ambiq Micro的专利亚阈值电压技术能够帮助实现显著的功耗降低。

图1:Ambiq Micro公司市场营销副总裁Mike Salas
图1:Ambiq Micro公司市场营销副总裁Mike Salas

“与其它MCU公司不同,Ambiq拥有独特的专利亚阈值技术,可以在Apollo MCU产品中同时优化工作和睡眠模式功耗。”Mike谈道,“Apollo MCU的工作模式功耗达到业界领先的30uA/MHz——相比其它竞争MCU产品改进多达10倍。同样,睡眠模式电流低至100nA——这也是业界领先的性能,并且相比竞争解决方案实现了多达38倍的提升。因此,Ambiq的Apollo MCU产品提供的主要竞争优势是,相比其它所有竞争解决方案显著降低功耗值。” 因此,Apollo MCU可以实现前所未有的丰富创新,例如使用Apollo MCU能够显著延长电池寿命——将其从数小时或数周延长至数月或数年。另一方面,Ambiq解决方案也有助于腾出功率预算,从而增添更多以前由于功耗限制而无法实现的功能。或者说,设计人员可以不只是简单地延长电池寿命或增添新功能,而是可以选择减小电池尺寸创建出对用户更加友好的产品。所有这些改进均可以通过Apollo MCU来实现,从而能够真正推动全新的思维方式。

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• 第1页:亚阈值技术打破功耗限制• 第2页:M4内核MCU功耗低过M0+方案?
• 第3页:功耗摩尔定律:摆脱电池不是梦

《电子技术设计》网站版权所有,谢绝转载 M4内核MCU功耗低过M0+解决方案? Ambiq MCU产品一个奇特之处是,传统上低功耗MCU选择ARM Cortex-M0+内核设计,而Ambiq的MCU采用的是ARM Cortex-M4内核设计。Mike解释道,与其它传统上选择使用ARM Cortex-M0+内核的“低功耗”MCU产品不同,Ambiq特意选择M4内核有两个主要原因。

图2:Apollo超低功耗MCU架构图
图2:Apollo超低功耗MCU架构图

第一个原因是,Ambiq亚阈值电路电平技术使得其能够选择M4F内核来替代M0+内核,而不会有任何功率损失。事实证明,Ambiq基于M4F的 Apollo MCU的功耗值远低于其它所有竞争对手的M0+解决方案。 第二个原因是,Ambiq所瞄准的某些主要市场(比如可穿戴设备和IoT)越来越多地依赖于大量的传感器和复杂的算法,而使用M4F内核对于这些应用有很大优势——相比M0+解决方案,能够极大提升执行指令的速度。 “因此,现在可穿戴设备可以真正执行本地化处理,而无需将信息发送到其它地方来进行更复杂的处理工作。不过,我们仍然与云服务提供商紧密合作,因为我们可以提供他们真正关心的信息:最终应用数据。最终能够获得的是尽可能好的解决方案:功耗水平甚至比M0+解决方案更低,而又能提供M4F处理器的性能。”Mike表示。

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《电子技术设计》网站版权所有,谢绝转载 功耗摩尔定律:摆脱电池不是梦 相比于SoC,Ambiq MCU同样具有优势。Mike指出,Apollo MCU具有革命性的功耗值,结合合作伙伴最佳的传感器和蓝牙射频解决方案,便可以带来功耗远低于SoC的解决方案,从而便能使用较小或较少的电池,或者根本不使用电池,而是采用能量采集电源。 对于Ambiq MCU应用的成功案例,Mike分享道:“我们的一位客户之前一直使用基于M4F的产品,在转用Ambiq产品后,实现了10倍工作模式功耗降低及28倍睡眠模式功耗降低。我们的另一位客户以前一直在用基于M0+的产品,通过转用Ambiq MCU产品,该客户实现了4倍工作模式功耗及9倍睡眠模式功耗的改善。在这个例子中,这些功耗改善并不包括Ambiq M4F内核超越其它制造商的额外效率优势,因此实际的功率节省甚至更大。客户选择Ambiq MCU设计产品,甚至能够以低于M0+解决方案的功耗水平获得M4F处理内核的性能。”

图3:相比传统解决方案,Ambiq亚阈值功率优化技术(SPOT)能够显著降低能耗
图3:相比传统解决方案,Ambiq亚阈值功率优化技术(SPOT)能够显著降低能耗

那么,既然Ambiq产品同时提供了高性能和低功耗的优势,那么它的性价比又怎样呢?“由于我们独特的亚阈值电压技术使用标准的主流CMOS工艺,我们将会实现与所有其它半导体器件相同的规模经济。因此,我们的成本结构可与今天市场上的其它MCU产品相媲美,这意味着我们的产品能够与其它器件有效竞争。”Mike说。 在谈到目前能量采集技术还难以满足产品持续工作这一问题时,Mike指出:“很显然业界有着减小和最终省去电池的强劲需求,因此,Ambiq Micro开发了内部称作全新‘功耗摩尔定律’的法则。这个Ambiq法则主张我们每两年至少将功耗削减一半。Ambiq在未来数年将继续大幅改进功耗,我们已经从Apollo MCU产品系列开始实施。然而值得一提的是,从系统角度看,通过考虑软件、编译器和其它器件等因素,还有很多其它减少功耗的方法。Ambiq专注于采用任何可能的方式来减少系统级功耗,因而在未来的数月中,我们将会发布讨论整个生态系统的各种公告。” “在不久的将来,我们将会看到许多之前让人难以置信的创新成为现实。例如,物联网(IoT)设备将可能实现‘永久’工作,这是由于其将不再依赖于电池,而是完全依靠能量采集电源供电。又或是我们能看到新颖的可穿戴产品,比如使用小到几乎看不见的微型电池供电的智能衣服。简而言之,显著降低电子产品的功耗将会打开创新浪潮的大门,因为企业无需过于担心功耗,从而可专注于实现各种可能。”Mike最后说。

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