MCU集成模拟技术对于产业的意义

MCU的集成化趋势在近几年来一直得到了很好的演绎，《电子工程专辑》采访了Microchip公司中国区模拟与接口产品市场策略工程师李喻奎，请他与读者一起分享MCU集成模拟技术对于产业的意义。

1.模拟功能与MCU的集成，目前对于MCU产品来讲有哪些特别的意义？微芯收购在哪些公司得到了这些模拟技术？又怎样做到与MCU相结合的？

李喻奎：在考虑模拟功能与MCU的集成时，一个重要的因素是了解信号链。

各种传感器将外界物理量（如温度、压力、流量等）转换成电信号，放大及信号调理电路对这些信号处理后，经过A/D转换器，将模拟信号转换成数字信号，MCU对数据进行处理并产生相应地控制数字信号，这些信号经过D/A转换并变成电压/电流驱动外部的开关/继电器等执行器件，甚至通过各种接口进行通信。

因此，从系统的角度来看，将模拟功能与MCU的集成，将具有下列特别意义：

-系统具有更高的集成度，并简化电路设计

-MCU具有更少的外围器件，减小工程师在设计时出错的可能性，从而提高系统的可靠性

-工程师可以利用一个集成了模拟功能的MCU来实现不同的功能需求并具有高灵活性

-降低系统成本以及与采购相关的成本

Microchip (微芯) 于2001年收购Telcom Semiconductor获取电源管理、混合信号、运算放大器、温度传感器、接口产品及技术。其后，亦于2009年收购R&E International Inc.获取适用于光电及离子型烟雾报警器产品及技术并进入安防市场。

至于怎样做到模拟技术与MCU相结合，其方式有多种:

一种是将模拟功能块（如运放、A/D转换器、D/A转换器、接口等）直接集成到MCU中，即在同一个芯片内部中集成了MCU和模拟功能块。

另外一种方式是采用多个Die的方式，将MCU和模拟功能Die封装在一个芯片内部。

不同的方式取决于芯片功能的复杂度、技术实现的难易以及成本。

简单地说，就是对系统功能进行裁减，并采用单独芯片实现，甚至是积木式不同芯片实现并封装在一个SOC内部。

2.微芯今后是否会有出独立的模拟产品的打算？

自2001年收购Telcom Semiconductor后，Microchip成立了模拟和接口产品部门（Analog and Interface Products Division, AIPD）。 截至目前，Microchip的模拟产品涵盖了电源管理、混合信号、运算放大器、温度传感器、安防以及接口产品线，共推出了超过550个模拟产品器件，并提供了超过3000个型号的模拟器件。这些模拟产品广泛应用在消费电子、电源、工业控制与自动化、通信、安防等领域。

有关这部分的参考资料，请参考www.microchip.com/treelink，在这个资料点击“Analog&Interface Overview”获取关于模拟和接口产品的概述信息。

3. 模拟功能与MCU相结合之后，这对于中国工程师们的设计工作来讲，在工作难度上是不是增加了挑战？对于整机系统成本的降低和性能稳定性，又会有什么帮助？请略举例详细说明。

模拟功能和MCU相结合，是市场发展的趋势，同时也是在现有以及今后技术上可实现的融合。 这将简化电路的设计，以及降低整机系统成本，并可以缩短产品研发周期以及加快产品上市时间。这种模拟功能和MCU相结合在提供上述优势的同时，也为工程师提供了更大的挑战。

这些挑战体现如下：

1） 模拟电路和数字电路（MCU）的设计，其基本理念是不同的。模拟电路处理传感器的信号，其电路对噪声敏感，对电路布局、元器件选型都有严格要求，其设计要求经验的积累和一定的“艺术”处理。相反，数字电路在数字域中对数字信号进行处理，其信号（0/1，I/O的开关等）容易产生噪声/干扰。模拟功能和MCU这两个有些矛盾的功能块结合在一起时，若芯片内部处理不好的话，将降低整个芯片及系统的性能。另外一种可能是，即使芯片内部处理的很好，但是在外围电路及应用中，没有按设计要求进行布局、元器件选择等细节考虑，同样也达不到设计指标的要求。

2） 另外，一个很重要的挑战，涉及到工程师本身。由于竞争和专业化分工、以及学校教育，很多工程师擅长软件编程以及数字电路设计，这些方面是很容易并可快速掌握的。相反，具有模拟电路设计经验的工程师则相对较少，同时也需要很长的时间去培养。在使用一个具有模拟功能的MCU进行系统设计时，通常是数字工程师来主导电路设计。对数字电路（MCU）方面，这是他们擅长的，而对于外围的模拟功能块，则只能参考芯片厂家提供的参考设计以及有限的技术支持。幸运的话，设计可以很快成功；但是一旦出现问题，由于经验甚至是思维定势，此时就无法定位问题并提供解决方法。这种研发成本以及时间成本是隐形的，同时也是无法预料的，对其产生的后果也是无法估量的。

3） 对于特定的设计，工程师特别是系统设计师需要从比较实际的角度去平衡，是选择独立的模拟电路+MCU，还是集成了模拟功能的MCU。对此，没有绝对的判断标准， 工程师需要考虑产品研发时间、设计成本、开发难易度以及能够获得的技术支持，并结合公司及自身的技术能力来选择合适的方案。

结合我自己的理解，现提供一例子：电能计量。

电能计量是通过检测单相或三相交流电压和电流，并通过一定的计算得到有功功能甚至其它电能参数。电能计量的精确度对电力局以及用户同样重要，同时要求很高的可靠性。并随着技术的进步，社会的发展，电网也需要不断的升级以及改造。

因此，对于电能计量，工程师可采用单芯片实现简单的有功功率计量和显示。也可以采用MCU/DSP进行算法处理和计算，并提供联网和通信。

对电压和电流的检测，需要通过放大和A/D转换。这些都是在模拟域中进行处理，而MCU/DSP更多的是进行数字处理。在系统供电时还存在着模拟电源、模拟地、数字电源和数字地。

Microchip在提供模拟器件和MCU的同时，也提供了系列应用笔记、开发工具和参考设计。

由于Microchip可向客户提供MCU以及模拟产品，甚至是集成了模拟功能的MCU/DSP。

在产品研发和应用中积累了大量的关于模拟/数字电路设计的经验和技巧。这种经验和技巧在Microchip提供的应用笔记、设计指南以及培训、技术支持方面得到了体现。工程师可通过Microchip网站、技术支持以及区域培训中心等多种方式获取帮助，从而提高设计的可靠性，并缩短设计周期。

受访者简介

李喻奎 (Henry Lee)，Microchip Technology (美国微芯科技公司)中国区模拟与接口产品市场策略工程师。于2003年加入Microchip，负责南中国区模拟产品的技术支持，并于2009年成为中国区模拟与接口产品市场策略工程师。加入Microchip前，他在Micrel Semiconductor 工作三年，负责模拟/通信产品的技术支持工作。在此之前，李先生曾在深圳华为技术有限公司及IC代理商从事产品测试和技术支持工作。从近十年的工作经验中，李先生积累了丰富的通信系统和模拟产品的应用经验，在《电子工程专辑》等杂志上发表多篇技术文章，翻译并出版了美国Bonnie Baker 女士所著的《A Baker’s Dozen: Real Analog Solutions for Digital Designers》（中文书名为《嵌入式系统中的模拟设计》）。

李先生1995年毕业于武汉大学电子信息学院，获电子学与信息系统学士学位。

本文属于《电子工程专辑》网站作者原创，拒绝转载。