自從20世紀(jì)90年代被發(fā)明以后，MCU（又稱為微控制器/單片機(jī)）已經(jīng)走過了近20年的發(fā)展歷程，MCU按應(yīng)用可分成通用和專用型，通用只針對大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用領(lǐng)域，專用是一些特定應(yīng)用領(lǐng)域例如我們熟悉的額溫槍、白家電、電機(jī)控制、車載應(yīng)用等。MCU多數(shù)為通用型，據(jù)IC Insights研究報告預(yù)測，2019年全球MCU市場規(guī)模達(dá)204億美元、出貨量達(dá)342億顆，IC Insights預(yù)測2020年MCU的出貨量將會提升7%！IC Insights預(yù)測2018至2023年的MCU銷售額復(fù)合年均增長率(CAGR)增長3.9%，到2023年出貨可望達(dá)到382億顆。不過，隨著物聯(lián)網(wǎng)深入發(fā)展，筆者注意到更多MCU玩家開始從通用轉(zhuǎn)向?qū)Ｓ冒l(fā)展了。

圖1IC Insights研究報告預(yù)測MCU出貨

其實(shí)MCU架構(gòu)很簡單，主要由CPU系統(tǒng)、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器、各種I/O端口、基本功能單元（定時器/計數(shù)器等）以及外設(shè)單元組成，通用型MCU一般都集成了一般MCU所需要的功能，例如12位ADC、電源管理、時鐘單元等，而專用MCU則針對特定應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化例如電機(jī)類應(yīng)用增加了DSP單元，或者集成了藍(lán)牙協(xié)議棧成為一款無線MCU ，有的甚至固化了針對應(yīng)用的算法，測溫應(yīng)用的MCU則增加了對傳感器的信號處理等硬件單元等。

圖2 MCU組成框圖

隨著嵌入式智能化應(yīng)用的深入，基于場景化應(yīng)用的MCU需求增加，越來越多的MCU廠商傾向于提供專用解決方案。如在射頻領(lǐng)域名震天下的Qorvo就通過收購Active-Semi，從射頻領(lǐng)域殺入到電機(jī)控制專用MCU領(lǐng)域，等于是把射頻領(lǐng)域的專長和電源管理、馬達(dá)控制結(jié)合，催生出一個電機(jī)專用MCU。

專用MCU漸成熱點(diǎn)

從目前全球MCU發(fā)展來看，市場主要被國外企業(yè)占領(lǐng)，反觀國內(nèi)MCU廠商，不論是市場份額還是技術(shù)先進(jìn)性都無法和國外企業(yè)相比。國內(nèi)MCU應(yīng)用領(lǐng)域多集中在低中端電子產(chǎn)品，中高端電子產(chǎn)品市場還國外廠商手里。所以有業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為國外MCU廠商在通用MCU領(lǐng)域布局已經(jīng)很久，國內(nèi)MCU廠商可以通過專用實(shí)現(xiàn)超越，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前本土MCU廠商已經(jīng)超過了一百家，其中不少廠家是瞄著國產(chǎn)替代國外MCU的商機(jī)去的，這樣的定位必然走不遠(yuǎn)，要長久發(fā)展必須有長期規(guī)劃和投入，而專用領(lǐng)域必須這樣玩。

在去年的ELEXCON 2019深圳國際電子展上我注意到很多本土MCU提供給了專用方案，例如靈動微電子在電機(jī)控制、筋膜槍領(lǐng)域深耕。而華大半導(dǎo)體則在ETC設(shè)備以及白家電和水表燃?xì)獗矸矫婕哟笸度搿?019年正式進(jìn)入MCU領(lǐng)域的國民技術(shù)則在安全和電機(jī)控制領(lǐng)域重點(diǎn)布局，國民技術(shù)的智能鎖方案和雙電機(jī)空調(diào)方案都獲得了參觀者的青睞。

本土深耕ADC領(lǐng)域的芯海科技作為國內(nèi)信號鏈MCU領(lǐng)跑者，提出了信號鏈IC的口號，推出了搭載24位ADC的信號鏈MCU ，提出了從精準(zhǔn)感知到精準(zhǔn)控制的理念，芯海科技的信號鏈MCU概念還得到了國內(nèi)嵌入式領(lǐng)域資深專家何小慶教授的肯定。

信號鏈MCU源于芯海科技多年來在信號測量和控制領(lǐng)域的積累，芯海科技CEO盧國建指出AIoT設(shè)備采集原始數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度不夠，AI算法對信息精準(zhǔn)處理欠缺，這都會導(dǎo)致AIoT設(shè)備不夠"精準(zhǔn)"智能；以及跨多技術(shù)的AIoT方案開發(fā)周期長，投入大，導(dǎo)致普及的速度慢，這是產(chǎn)業(yè)普遍的痛點(diǎn)。如果國產(chǎn)MCU集成了其他屬性比如高精度ADC、低漂移放大器、低漂移基準(zhǔn)，再配合通用MCU的開發(fā)生態(tài)，它就變成在不同專用領(lǐng)域都很有優(yōu)勢的信號鏈MCU了，因?yàn)榧啥雀吡耍w功耗小了，也滿足未來硬件小型化一體化和快速開發(fā)的需要。

圖3 芯海科技信號鏈MCU專注信號處理

信號鏈?zhǔn)沁B接真實(shí)世界和數(shù)字世界的橋梁，任何一個電子設(shè)備都需要通過信號鏈將數(shù)字世界與真實(shí)世界聯(lián)系在一起。一個完整信號鏈的工作原理為：從傳感器探測到真實(shí)世界實(shí)際信號，如電磁波、聲音、圖像、溫度、光信號等并將這些自然信號轉(zhuǎn)化成模擬的電信號，通過放大器進(jìn)行放大，然后通過ADC把模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，經(jīng)過MCU或CPU及DSP等處理后，再經(jīng)由DAC還原為模擬信號。芯海科技擁有完整的信號鏈芯片設(shè)計能力，核心技術(shù)為低速高精度的ADC技術(shù)及高可靠性MCU技術(shù)。

芯海科技持續(xù)發(fā)力信號鏈MCU

沿著這個方向，芯海科技近日還推出了集成雙ADC的信號鏈MCU CS32A039，可用于目前最熱門的額溫槍應(yīng)用，據(jù)芯海科技MCU產(chǎn)品經(jīng)理王偉介紹，CS32A039基于ARM Cortex-M0內(nèi)核，集成了5通道DMA、8KB SRAM、64KB Flash、CRC-32計算模塊和96位UNID，處理能力強(qiáng)，開發(fā)者可以使用芯海科技32位通用MCU的開發(fā)生態(tài)，以及網(wǎng)上海量的開發(fā)資源，實(shí)現(xiàn)快速、靈活的開發(fā)和調(diào)試。

圖4 芯海MCU開發(fā)生態(tài)

CS32A039采用雙ADC架構(gòu)：

一個高精度ADC信號鏈，包括多達(dá)5個輸入通道、零漂移全差分放大器、24位高精度ΣΔADC、和低溫漂基準(zhǔn)電壓等，只需極少的外圍器件，就以滿足高精度紅外測溫等高精度測溫的需求。

一個SAR-ADC信號鏈，包括10個輸入通道、12位SAR-ADC、溫度傳感器、電池電壓測量通道等，可同步測量環(huán)境溫度、電池電壓等參數(shù)。

圖5CS32A039功能框圖信號鏈MCU大顯身手

新冠疫情爆發(fā)，測溫產(chǎn)品額溫槍成為熱點(diǎn)中的熱點(diǎn)，大批企業(yè)扎堆進(jìn)入這個市場，市場容量急劇爆發(fā)，需求量去年的1000多萬暴漲到5000多萬，不過，隨著大量廠商的涌入（據(jù)稱是深圳就有超過2000家額溫槍方案企業(yè)），額溫槍市場供應(yīng)也趨于逐步穩(wěn)定，額溫槍市場進(jìn)入下半場開始自我淘汰，測量誤差大、穩(wěn)定性差、適應(yīng)性差的方案將逐漸被淘汰，高精度、高集成、適應(yīng)性好的方案開始受到追捧，芯海科技的集成雙ADC的信號鏈MCU CS32A039的額溫槍方案一推出就受到了市場的歡迎。

額溫槍的測量誤差主要來源于放大器失調(diào)電壓溫漂、增益誤差溫漂、ADC測量誤差、及基準(zhǔn)的溫漂。零漂移放大器、高性能ADC和低漂移基準(zhǔn)是紅外測溫槍設(shè)計的關(guān)鍵。CS32A039把上述功能集成在一個芯片內(nèi)，極大的簡化了額溫槍的設(shè)計、生產(chǎn)和測試。

圖6 芯海高集成高精度額溫槍方案

王偉表示除了紅外測溫客戶外，還有很多工業(yè)測量、教育設(shè)備等領(lǐng)域的方案商準(zhǔn)備用這款信號鏈MCU開發(fā)新產(chǎn)品。“芯海提供了SDK、紅外測溫算法庫、開發(fā)套件等完善的開發(fā)環(huán)境，協(xié)助客戶的產(chǎn)品快速上市。“他強(qiáng)調(diào)。

王偉強(qiáng)調(diào)，隨著疫情的變化，紅外測溫行業(yè)會發(fā)生變化，除了專用的額溫槍，還會產(chǎn)生很多新的產(chǎn)品形態(tài)，譬如：帶藍(lán)牙/Wi-Fi、支持掃碼、甚至能識別身份證的智能測溫設(shè)備，測溫會成為很多智能設(shè)備的標(biāo)配功能。CS32A039并非額溫槍專用SoC，而是更加通用的信號鏈MCU，除了紅外測溫及其它高精度測量，還可以通過其豐富的接口，擴(kuò)展藍(lán)牙、Wi-Fi、二維碼、身份證識別等多種功能，滿足紅外測溫行業(yè)的升級需求。

他還表示其實(shí)CS32A039的應(yīng)用遠(yuǎn)不限于額溫槍，在壓力測量、溫度測量等都可以用，理論上所有需要高精度ADC的領(lǐng)域都可以覆蓋，據(jù)悉，芯海科技的CS32A039還可以應(yīng)用到以下場景。

1、鉑電阻傳感器測溫電路，主要應(yīng)用場景是土壤、水、氣體測溫、工業(yè)測溫

2、K型熱電偶測溫，主要應(yīng)用場景是工業(yè)測溫

3、催化燃燒式氣體傳感器，主要應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的天然氣、液化氣、煤氣、烷類等可燃性氣體濃度檢測。

4、紅外熱電堆傳感器，主要應(yīng)用場景是醫(yī)用紅外額溫/耳溫槍、工業(yè)紅外測溫設(shè)備、安防、火災(zāi)明火檢測等。

5、壓力傳感器，主要應(yīng)用場景是氣體、液體壓力傳感器，壓力觸控，血壓計。

隨著AIOT的應(yīng)用走熱，精準(zhǔn)測量后實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制是未來的發(fā)展趨勢，所以筆者認(rèn)為搭載高精度外設(shè)的信號鏈MCU大有可為。（完）