使用单芯片物联网架构进行设计的优势

在之前的专栏中，我们介绍了物联网设计的几个方面，包括传感器、连接和软件。在这一部分中，我们将探讨使用单芯片物联网架构进行设计的优势，无论是现在还是未来。

定积分

正如我们在本系列前面的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，它们使用一种通用语言来相互通信，并与更高容量的系统进行通信。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 - 一个竞争非常激烈的市场。为了在这个快速增长和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集成这一关键领域实现更快的创新速度。

显然需要密集包装电子产品，以便它们占用最小的空间，同时保留全部功能。因此，设计人员寻求在单个芯片中最大限度地集成功能。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送到原本独立的MPU中。SoC 将更多的外设、稳压器和时钟推入设备中。对于市场上喜爱的丰富用户界面，需要集成显示器驱动和触摸感应电路。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、高度复杂的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 - 数十亿互连设备带来了重大的安全挑战。正确完成的安全性是指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。

如今，有些MCU将整个可编程系统集成到单个芯片中。这种集成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，较小的处理节点降低了芯片的总体成本，因为它们允许在同一块硅晶圆上制造更多器件。性能和功耗也受到直接影响;较小的处理节点具有更低的功耗和/或更大的频率裕量，以实现更高的性能。然而，在未来，节点的收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应模拟、数字和无线电。这就是封装和多芯片模块（MCM）进步的用武之地。

模拟喜欢高电源电压和大晶体管，LDO和开关稳压器等电源模块也喜欢这些功能。此外，模拟模块的收缩幅度不如数字模块在较小处理节点下缩小。毕竟，他们必须担心载流能力、集成无源元件和晶体管，这些需要具有较大的有源区域，而不是足以用于数字电路的简单开关。这导致模拟在小型处理节点上变得昂贵。模拟和功率适合180nm – 90nm芯片。另一方面，数字在较小的处理节点下收缩得非常好。这就是为给定的芯片复杂性和集成存储器提供最小的处理节点的地方。低于 40nm 适用于带有 MCU、外设和存储器的数字芯片。射频子系统更喜欢优化的体工艺或为集成物联网无线电量身定制的完全耗尽绝缘体上硅 （FDSOI） 概念，这些概念具有巨大的前景。

审核编辑：郭婷