使用单芯片物联网架构进行设计的优势

定积分

正如我们在本系列的前几期专栏中所探讨的那样，物联网节点是微小的眼睛，耳朵和大脑，它们说着一种共同的语言来相互通信并与更高性能的系统进行通信。因此，它们需要多个集成设备来执行其功能。随着系统中使用的设备数量的增加，尺寸和成本也会增加。预计物联网设备的数量将远远超过PC和智能手机。这创造了，是的，你猜对了 —— 一个非常有竞争力的市场。为了在这个快速增长且竞争激烈的物联网市场中发挥作用，嵌入式设备需要能够在关键领域（集成）中采用更快的创新速度。

显然需要密集包装电子产品，以便它们占用最少的空间，同时保持全部功能。因此，设计人员寻求在单个芯片中实现功能的最大集成。MCU是嵌入式市场持续集成的一个很好的例子。MCU将标准外设以及易失性和非易失性存储器推入其他独立的MPU中。SoC 将更多的外设、稳压器和时钟推入设备。对于市场喜爱的丰富用户界面，需要集成显示驱动和触摸传感电路。我们还没有完成，因为我们可以将更多功能打包到单个设备中，从可编程无线，高复杂性模拟传感器接口和用于连接用户界面的语音命令开始。物联网设备的另一个重要先决条件是安全性 - 数十亿个互连设备带来了重大的安全挑战。正确完成的安全性是在硬件和固件中完成的安全性。这种混合安全方法将自定义硬件的稳健性与固件的可升级性相结合。

图1显示了典型物联网系统的单芯片集成：

如今，有MCU将整个可编程系统集成到单个芯片中。这种集成的嵌入式系统使得使用强大、灵活的可编程片上系统架构实现物联网系统变得快速、简单且经济高效。这些器件能够创建具有可编程模拟模块的各种传感器接口，以及具有可编程数字模块的自定义显示和通信接口，因此可以适应各种物联网应用。

制造技术的不断进步导致加工节点越来越小。在大多数情况下，较小的加工节点可以降低芯片的总体成本，因为它们允许在同一片硅晶圆上制造更多的设备。性能和功率也受到直接影响;较小的处理节点具有更低的功耗和/或更高的频率余量，可实现更高的性能。然而，在未来，节点的萎缩给物联网设备的制造过程带来了重大挑战。这是因为除了数字功能之外，未来的集成物联网设备还需要具有低泄漏的高性能模拟，以及更快、更低功耗的无线电。没有适合所有人的制造节点可以最佳地适合模拟、数字和无线电。这就是封装和多芯片模块（MCM）的进步所在。

Analog 喜欢高电源电压和大型晶体管，LDO 和开关稳压器等电源模块也具有这些功能。此外，模拟模块不会像处理节点较小的数字模块那样缩小。毕竟，他们必须担心载流能力，集成的无源元件和晶体管需要具有较大的有源区域，而不是简单的开关，这对于数字电路来说已经足够了。这导致模拟在小型处理节点上变得昂贵。模拟和电源将适合180nm – 90nm芯片。另一方面，数字处理节点更小，收缩得相当不错。这就是给定的芯片复杂性和集成存储器可以承受的最小处理节点有意义的地方。低于40nm适用于具有MCU，外设和存储器的数字芯片。RF子系统更喜欢优化的批量工艺或完全耗尽的绝缘体上硅（FDSOI）概念，为具有巨大前景的集成物联网无线电量身定制。

虽然MCM可以是“两全其美”的解决方案，但MCM和整体式物联网设备之间的选择归结为所需的性能和成本。但有一件事是肯定的，集成将把物联网推向以前从未被认为可能的应用！

是呢环保局：郭婷