关于SiLabs Precision32单片机的详细分析报告

本文介绍了Silicon Labs公司新型Precision32单片机产品．该公司首次推出的32位MCU.除了具有兼容ARM的cPU之外，芯片还集成USB和多种模拟组件，以及常见的Flash闪存、SRAM，定时器和串行接口等。本文由Silicon Labs赞助，但所有意见和分析均来源于作者本人。

Silicon Labs深耕单片机行业

大多数人熟知Silicon Labs公司是由于其模拟与混合信号技术。该公司具有集成高性能模拟外设与数字电路的CMOS专业设计经验。这一专长体现在多种IP区块中，例如模拟-数字转换器(ADC)和数字．模拟转换器(DAC)、数字隔离器、数字锁相环、USB、RF、传感器等。该公司通过集成这些区块创建出针对特定应用的产品，包括SLIC和DAA器件（用于VoIP设备）、AM/FM无线电接收器和发射器、硅电视调谐器、电容式触摸传感器、USB桥接器和可编程时钟产品。

较少为人知的是，Silicon Labs公司在单片机(MCU)市场耕耘多年。这方面的经验可以追溯到1999年，当时一家Cygnal Integrated Products公司开始推出一系列混合信号MCU产品。Silicon Labs公司2003年收购Cygnal公司的时候，该公司已发布50多款8位MCU产品。该公司开发的管线式结构兼容805 1的CPU最高可运行在100MHz。除了快速CPU外，这些单片机还包括ADC、DAC、振荡器、稳压器和其他模拟功能。

自从完成收购，Silicon Labs持续不断的投入单片机、扩展其产品线，集成多种模拟产品技术到MCU之中，许多MCU版本包括RF.USB和其他通信接口。公司还利用其在模拟技术上的专长减少单片机功耗，包括工作模式功耗，以及休眠模式功耗。

现在，Silicon Labs提供多种混合信号8位单片机，最小封装为2rrirr12 0系列芯片广泛应用于工业、嵌入式、消费和通信领域，尤其是需要小封装、模拟特性和低功耗的应用领域。

基于ARM的Precision32 MCU

为扩展其单片机产品线，Silicon Labs公司最近推出32位MCU系列新产品。新型Precision32产品内含ARM CPU，充分利用ARM架构所拥有的软件和工具优势。ARM是业界最受欢迎的指令系统，拥有大量供应商和可观的年出货量，虽然这一成功大部分来自手机市场，现在ARM也正迅速成为32位MCU出货量领导者。

Silicon Labs Precision32系列产品采用ARM Cortex-M3 CPU，运行速度最高可达80MHz。虽然这个时钟速度并不比Silicon Labs 8位MCU快，但是ARM 32位架构更适合现代编译软件和其他使用16位或32位数据代码. Cortex-M3支持ARM Thumb2模式，通过尽可能压缩指令到1 6位，减少代码大小。因此，ARM CPU代码大小与8051或其他8位指令系统的代码比较而言，大小相当甚至更少。

Precision32产品结合Cortex-M3 CPU和多种模拟组件，其中许多组件同样应用于该公司8位单片机产品。这些组件包括：两个12位ADC、两个10位DAC，一个振荡器、一个稳压器、以及一个1 6通道触摸传感器。该产品还包括Flash闪存、定时器、计数器和串行接口等，如图1所示。

图1．Precision32，单片机框图。新型Silicon Labs MCU结合Cortex-M3 CPU、Flash闪存、多种模拟接口。

首先发布的Precision32产品有两种基本类型：带USB和不带USB。前者支持USB 2.0全速(12Mbps)，不支持高速。每种类型产品Flash闪存容量范围为32-256KB。公司提供带引脚和不带引脚封装类型，支持QFN-40封装（最小尺寸6mm)、QFN-64封装、QFP-64封装、TQFP-80封装和LGA-92封装（最大I/O引脚配置）。值得注意的是即使最小尺寸6mm版本的器件也支持最大256KB闪存容量。总之，此次公司推出的32位系列产品与众不同。所有初始发布的产品现已开始提供样品，并预计在2012年第2季度大量生产。

降低系统成本

通过减少数个外围元器件，Precision32 MCU高模拟集成度降低系统成本。例如大多数MCU需要外部晶体振荡器，以便在较快速度下（例如8MHz）运行。这种晶体成本大约1 0美分。Precision32 MCU仅需要使用其内部振荡器和PLL即可让USB接口工作，而无需外部晶体。内部振荡器采用时钟恢复技术，在PVT（工艺、电压、温度）范围内可提供1.5%精确度，而这在USB规格允许的公差范围内。第二个内部振荡器产生80MHz CPU时钟（也具有1.59~ PVT），他利用USB时钟（无需外部晶体）或便宜的32kHz晶体生成。

同样，采用片内电压调节器即无需使用片外调节器，片外调节器成本大约为15美分。片内电压调节器允许Silicon Labs芯片直接在5v电源工作，如果需要，他甚至能够通过USB直接供电。片内电压调节器也能够对外驱动输出供电，且电压可编程，这使得MCU可以为外部IC提供电源，无需外部电压调节器。另外，输出电源也可以作为恒流源驱动LED显示屏的背光，一个独立LED背光控制器成本约为3 0美分。

MCU还提供了6个高驱动输出引脚，每个能够输出300mA或输入150mA。足够直接驱动功率MOSFET、高功率LED、蜂鸣器和类似组件。由于一个高驱动片外晶体管大约增加4美分系统成本，因此这些输出总计最多可节省24美分。此外，该芯片可以直接连接高达1 6个电容触摸传感器。这种类型的传感器越来越多应用到消费类电子和其他设备中，以替代机械按键，机械按键通常更加昂贵，并且可能导致失效。如果使用外部触摸控制器则可能另外花费高达50美分。

图2：集成模拟元器件能节约成本。这张图片显示出典型的基于MCU设计中，高集成度Precision32芯片能替代数种外围元器件。