恩智浦超低功耗MCU专注传感器处理应用

2015-02-04 20:19:24 来源:本站原创
物联网及可穿戴设备的流行和迅速发展,已经成为行业的潮流。这些联网设备最大的特点就是,集成了多种传感器,需要对来自各个传感器的信号进行随时的收集、监控、处理、通信,同时因为是电池供电,还要求系统的耗电量极低,才可满足用户良好的使用体验。

超低功耗的实现

针对这样的需求,恩智浦半导体最近推出了超低功耗的MCU——LPC54100系列微控制器。该系列产品通过不同的工作模式获得超低的功耗,再配以高能效的ADC和极小的封装,非常适合那些需要一直开启的、需要对多种传感器信号进行处理的应用,比如智能手机便携式健身设备、游戏娱乐设备、工业里的环境/位置监控等。

图1:LPC54100系列MCU

LPC54100系列MCU是一个具有双核架构的处理器平台,两个处理器核各自有不同的分工,进行不同类别传感器数据的处理工作:Cortex –M0+内核,功耗为55uA/MHz,主要负责传感器信号的监听、数据采集和管理;Cortex-M4内核,功耗为100uA/MHz,主要负责传感器信息处理和数据通信。根据终端设备不同的使用情况,可设置不同的工作状态或模式,仅调用最低必须的处理能力,从而达到超低功耗的效果。

以一个典型的便携式健身设备——计步器为例,该设备具有三个典型的工作状态:

1、监听状态——当用户坐下或停止不动时,系统处于掉电监听模式,无任何CPU的处理,此时LPC54100功耗为3uA,而竞争产品则为9uA;
2、当用户走动时,系统处于读取状态,启动Cortex-M0+核,通过I2C和ADC读取和处理数据,Cortex-M0+功耗为55uA/MHz,而竞争对手采用Cortex-M4F功耗为112uA/MHz;
3、当来自不同传感器的数据需要进行融合处理和计算时,启动Cortex-M4核,功耗为100uA/MHz,而竞争产品的Cortex-M4核功耗为112uA/MHz。
LPC54100总计可比竞争产品节能20%。

据恩智浦半导体全球微控制器产品线大众市场产品总经理Ross Bannatyne介绍,上述只是三种典型的工作状态,并不仅限于此。LPC54100系列MCU还可根据需求调节处理任务浮点运算的频率,从而获得更多的不同的功耗性能比。

低功耗的实现还离不开高能效的ADC的贡献。Ross谈到,LPC54100中的高能效ADC能在任何一个电压区间(1.62V-3.6V)实现高清12位、4.8Msps的传输速度。一般的微控制器ADC速度只能够达到4.8Msps的一半,2.4Msps。而当电压降低至1.8V,速度又会降至一半,仅1.2Msps,而在 1.8V之下,基本就不工作了。为了实现更好的功耗性能,恩智浦在LPC54100产品的ADC设计上没有沿用现有的ADC,而是从零开始设计了全新的ADC,完全是自己的IP。

完整解决方案

在将LPC54100系列推向市场时,恩智浦是以解决方案的形式面向用户的,以助他们能够将基于运动和传感器处理的应用快速推向市场。除了芯片本身外,同时提供电路板、软件和相关文档。其中电路板包括LPCpressor54102开发板、传感器扩展板(可搭配博世Sensortec传感器:磁力计、加速度计、陀螺仪、压力传感器;美信的环境光照和近距离传感器;Ackme蓝牙LE模块)。软件包括LPCOpen软件驱动程序、LPC传感器软件架构与博世BSXLite传感器软件算法库和演示软件。文档包括快速入门指南、用户指南、API参考等。

恩智浦还和一些合作伙伴共同推出了基于LPC54100的完整的解决方案。比如:SensorHub是恩智浦与软件厂商BST共同推出的一个传感器枢纽平台。方案的初衷是用来连接运动、环境类、医学类传感器,而现在的应用已经扩展到连接一些音频处理设备、脸部识别、指纹识别等生物医学相关的功能,如语音唤醒、、面部识别,甚至红外遥控、蓝牙传输、附件的升级等方面。

图2:LPC54100 SensorHub解决方案

QCA Wi-Fi模块是恩智浦与Qualcomm和Fortune公司共同开发,将LPC54100与QCA4002 Wi-Fi芯片RF前端芯片以及天线集成,是一个低成本的工业级Wi-Fi模块,用户基于此可以扩展出丰富的开发接口,既有Wi-Fi的连接特性,又可使用MCU的控制特性和MCU上丰富的连接功能,如UART、I2C、SPI,有方便的调试和开发能力,不仅可以用于现在的IOT和智能家居,在工业类、照明类的应用也同样有比较广泛的前景。

LPC54100加上BCM43362,是基于Broadcom Wi-Fi的方案,该方案特点在于其软件方向的完整性,拥有目前IOT领域里少见的完整的解决方案,包括MCU驱动程序、协议站、云端服务器和软件、智能手机基于IOS或者安装系统的SDK开发套件。

与周立功公司共同开发的Apollo平台,是一个即插即用的嵌入式系统软硬件开发平台,面向传统的工业类和通用市场。配有20多个扩展板,如Sensor板、蓝牙模块板、Wi-Fi模块板,显示模块板,继电器板,用户可自由选择和自由组装搭建自己的硬件系统。它的软件也是积木式的软件平台,包括操作系统、各种协议栈、USB驱动程序、GUI、图形库。该系统不管是对初级爱好者还是对工程师前期开发、原形设计和评估都是理想的开发平台。
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