賦能藍牙和電源管理，Dialog躋身32位MCU領域

　　摘要：作為MCU市場的后來者，要利用自己的原有優(yōu)勢跨界進入。例如Dialog半導體公司擅長電源管理、模擬芯片和藍牙芯片等，不久前，該公司重磅推出了32位產(chǎn)品——藍牙低功耗無線多核MCU。公司低功耗連接業(yè)務部總監(jiān)Mark de Clercq接受了電子產(chǎn)品世界等媒體的采訪。

　　關鍵詞：MCU；M33；藍牙5.1；電源管理

       1 SmartBond? DA1469x藍牙低功耗SoC系列的特點

       半導體公司的新產(chǎn)品是藍牙低功耗SoC系列，包括4個型號，均建立在Dialog SmartBond?產(chǎn)品線的成功基礎之上（如圖1），為廣泛的IoT連網(wǎng)消費類應用提供更強的處理能力、更多資源、更大的覆蓋范圍、和更長的電池續(xù)航能力。此次發(fā)布的DA1469x是第一個采用基于ARM處理器的專用應用處理器的量產(chǎn)無線MCU系列。M33為高端健身追蹤器、先進智能家居設備和虛擬現(xiàn)實游戲控制器等計算密集型應用提供更強大的處理能力。
　　系列為開發(fā)人員提供了先進的連接功能，可以滿足多種應用的需求，并使其經(jīng)得起未來的考驗。其新型集成無線電提供的覆蓋范圍是前代產(chǎn)品的兩倍，結合基于ARM的軟件可編程數(shù)據(jù)包引擎，可部署協(xié)議并為無線通信提供充分的靈活性。
　　在連接方面，一個新興的應用是制造商通過新推出的藍牙5.1標準中的到達角度（，AoA）和離開角度（AoD）特性實現(xiàn)精準定位。DA1469x符合此標準的新版本，為樓宇門禁和遠程無鑰開鎖系統(tǒng)等需要精準室內(nèi)定位的設備開辟了新的機會。
　　為了增強系列的傳感功能，M33應用處理器和M0+協(xié)議引擎配備了傳感器節(jié)點控制器（SNC），該SNC基于可編程微型DSP，可自主運行并獨立處理來自與其數(shù)字和模擬接口相連的傳感器的數(shù)據(jù)，只在需要時喚醒應用處理器。除了該節(jié)能特性外，其最先進的電源管理單元（PMU）

　　還可以通過控制不同的處理內(nèi)核，并只在需要的時候激活它們，提供業(yè)內(nèi)最佳的電源管理。
　　開發(fā)人員可以利用DA1469x系列全面的計算能力和功能。該SoC系列提供高達144 DMIPS、RAM、內(nèi)存保護、浮點單元、專用加密引擎等，提供端到端的安全性和可擴展的存儲器，確?？梢岳迷撔酒M系列實現(xiàn)廣泛的先進智能設備應用，并支持一系列關鍵的增值接口，進一步拓展功能。
　　PMU還提供3個穩(wěn)壓電源軌和1個LDO輸出，為外部系統(tǒng)元件供電，無需額外的電源管理IC（PMIC）。
　　此外，DA1469x產(chǎn)品系列還配備了一系列關鍵的增值接口，包括顯示驅(qū)動器、音頻接口、USB、高精度ADC、能驅(qū)動ERM和LRA電機的觸覺控制驅(qū)動器、以及可編程步進電機控制器。
　　2 熱門問答

       2.1 與其他MCU相比的特色

       問：和其他MCU公司開發(fā)的無線MCU相比，這款產(chǎn)品的最大不同是什么？
　　答：我們的優(yōu)勢主要是能夠集成一些高度復雜的模擬電路和電源管理單元。因為其他沒有一家供應商能夠集成電源管理單元，還有電池的充電器，還包括一些模擬電路中非常特別的，比如觸覺驅(qū)動器、自動電機控制器和白光LED驅(qū)動等等，這些模擬電路是比較難集成的，我們可以集成這些高度復雜的模擬電路。集成后，節(jié)省了PCB（印制板）占板空間和成本（如圖2）。
　　問：這個產(chǎn)品有兩個大類，一個是通用型，一個專用型，能不能介紹一下專用型主要面向哪些應用？
　　答：專用型應用包括可穿戴設備、虛擬現(xiàn)實、遙控、游戲控制器、有語音控制的高端機頂盒遙控等。還包括像使用可充電電池的電子煙、智能家居門鎖和高端玩具等，這些應用需要一些專用的外設去實現(xiàn)。
　　問：智能門鎖的應用場景如何？
　　答：智能家居當中會應用到一系列不同的技術，例如藍牙m(xù)esh技術，Dialog是支持的。另外，Dialog還支持藍牙領域的另一個標準：HomeKit。為什么智能門鎖比較重要呢？我們看今天的電子門鎖，門其實不能探測人是在哪里的，你需要跟門鎖交互之后才能開門。但是有了藍牙5.1里的通過到達角度和離開角度實現(xiàn)定位功能，門鎖就可以感知到人是在屋內(nèi)還是屋外，是在一層或是在哪里，然后決定是否要開關門。
　　2.2 無線和藍牙5.1

       問：新型無線電提供的覆蓋范圍是前代產(chǎn)品的兩倍，請問這兩倍的提升是怎么達到的？如果覆蓋范圍達到前代產(chǎn)品兩倍提升的話，是不是功耗也有增加？
　　答：我們覆蓋范圍的擴展，主要是將輸出功率從0dBM升級到6 dBm，還有接收靈敏度也提高了4 dBm。
　　說到功耗，Dialog實現(xiàn)0 dBm功率輸出的RF前端的功耗已經(jīng)是下降了，但是如果要達到6 dBm，確實功耗是上升。但這是取決于用戶的選擇，用戶在應用中可以選擇讓輸出功率是6還是5、4、3、2、1、0 dBm 甚至更低，可以根據(jù)應用不同而動態(tài)調(diào)節(jié)功耗。

　　問：同樣是2.4 GHz，為什么這款芯片只支持藍牙？
　　答：我們其實考量了Thread和IEE 802.15.4的協(xié)議，而且也在上一代產(chǎn)品中的一個產(chǎn)品有Thread，但是因為這兩種協(xié)議的市場發(fā)展非常緩慢，所以我們就決定只關注藍牙市場，因為藍牙的發(fā)展速度快，潛力也更大一些。
　　問：在工業(yè)領域，目前大部分用厘米級的定位，用UWB的方案。藍牙5.1能否部分取代UWB的市場？
　　答： UWB確實也是針對定位和物品追蹤技術的，現(xiàn)在我們評論可能還為時尚早，因為藍牙5.1和UWB這兩項技術都還處于試圖打入市場的階段。不過藍牙有一個優(yōu)勢，就是它已經(jīng)集成在智能手機里了。除非UWB也集成到智能手機中，不然對于UWB來說，是多一層進入市場的障礙。如果讓你選擇，在智能手機中增加一個新的無線電，并增加功耗和成本，還是用現(xiàn)有的技術，比如藍牙？可見藍牙比較占優(yōu)勢。
　　問：藍牙5.1的覆蓋范圍是多大？
　　答：覆蓋范圍跟舊版標準沒有太大的差別，因為到達角不是確定覆蓋范圍的因素，覆蓋范圍主要還是由天線的性能來決定的。
　　另外AoA里面因為是多個天線，會釋放出波束，波束是向外擴展的。離發(fā)射源越遠的話，波束覆蓋的范圍越廣，但是精度就越低。
　　為了提高精確度，有的客戶會使用超過兩個天線，例如三四個天線進行三角定位，或者使用兩個不同的接收器，通過兩個波束交叉部分來實現(xiàn)更精確的空間定位。
　　問：今天的產(chǎn)品支持AoA和AoD，如果支持尋向功能，是不是通過軟件功能能做到？
　　答：實際上，AoA和AoD就是尋向功能特性。尋向功能的實現(xiàn)有兩種方法，一個是通過AoA，發(fā)射器有一個天線，接收器有兩個及以上天線，來接收信號。另外一個方法是AoD，發(fā)射器有多個天線，通過發(fā)射器上的多個天線發(fā)射一個信號，而接收器端只有一個天線，但它實時收到來自多個天線的信號，來確定角度。
　　不管是AoA還是AoD，發(fā)射和接收端中，總是有一方是一個天線，另一方是兩個及以上的天線。對于只有一個天線的那端，不管是接收器還是發(fā)射器，它的協(xié)議引擎的設計都足夠靈活，可以通過軟件升級更新來實現(xiàn)這個特性。但是對于有多個天線的一端，就需要新的設計了，單純的軟件升級做不到。
　　例如智能手機和基站的應用案例，智能手機一端可以通過軟件升級來實現(xiàn)，因為智能手機是一個天線。但是基站有多個天線，所以就是新的應用了。
　　2.3 電源管理

       問：新芯片的集成電源管理單元可對外接的設備進行電源控制，是不是可以再介紹一下？
　　答：系統(tǒng)中一般的MCU都會有一個外接的電源管理芯片，從電池來向系統(tǒng)中不同的器件提供電壓不同和功率不同的電源。但是我們把電源管理單元集成到了芯片里面，它可以給外接元件供電，并且實現(xiàn)電源可控和優(yōu)化。
　　問：新芯片有7個獨立的電源域，從客戶的角度在應用上是不是比較復雜？
　　答：這其實是Dialog設計的優(yōu)勢所在。我們的軟件里可以實現(xiàn)所有電源的自動化電源管理，用戶只需要決定他要用哪些，我們的軟件會自動去給他開通或關閉某些電源域。
　　2.4 MCU的產(chǎn)品定義

       問：既然你們已經(jīng)升級到了M33內(nèi)核，為什么可配置的MAC處理器沒有升級到M23的內(nèi)核？
　　答：Dialog當時對比了M0+和M23，當時Dialog在開發(fā)的IP是基于M0+的，認為M0+和M23處理器之間的差別不足以重新來設計IP。
　　問：制程工藝是多少呢？在哪里生產(chǎn)的？
　　答：這個用先進的55 nm ULP（超低功耗制程）工藝。我們還沒有官宣制造供應商，歷史上一般是跟臺積電合作生產(chǎn)。
　　上一代產(chǎn)品的制程也是55 nm，但是沒有用ULP。
　　問：你們是超低功耗的，能跟競爭對手比一比嗎？
　　答：相比Dialog上一代產(chǎn)品，這一代產(chǎn)品的優(yōu)勢是具有動態(tài)的電壓和頻率的調(diào)節(jié)，按照處理器運行的頻率去選擇電壓。另外在系統(tǒng)閑置或睡眠模式時用電更低，這樣有助于根據(jù)應用的頻率或模式來優(yōu)化功耗，例如在是1.2 V供電電壓，32 MHz的時候是0.9 V，閑置的時候電壓更低，這些特性是由ULP來實現(xiàn)的。
　　問：該芯片沒有內(nèi)置Flash原因是什么？
　　答：在先進的處理節(jié)點上面要加內(nèi)置閃存會非常貴，我們放在外部擴展閃存可以提供靈活度，可以選擇閃存的大小。有些應用需要0.5 MB、1 MB、2 MB或4MB閃存等，下一代產(chǎn)品可能需要更大的閃存，所以外接閃存可以提供很多選擇的靈活性，而且外接閃存在成本上也很有優(yōu)勢。問：但是有些客戶覺得這樣不太安全？
　　答：我們這個產(chǎn)品的獨特優(yōu)勢，就是確保了閃存接口的安全性，我們采用了On-the-Fly動態(tài)解密，可以將加密的鏡像存儲在閃存中，即使有人嘗試讀取閃存，閃存也是加密了的。我們的做法是，在讀取閃存的時候進行動態(tài)解密，并執(zhí)行解密后的代碼，并且在同一周期中沒有延遲。
　　問： ARM Cortex M33好像不支持防止物理攻擊，對這樣安全的隱患怎么解決？
　　答：確實產(chǎn)品可能會遭到不同層面的攻擊，有的是物理攻擊，有的不是物理層面的攻擊。為了阻止物理層面的攻擊，我們將安全密鑰保存在獨立一次性可編程（OTP）block中，即使有人發(fā)起物理攻擊，嘗試從串行電路板或處理器去訪問密鑰，密鑰是被屏蔽保護的，加密內(nèi)核與串行電路和處理器是完全隔離的。這個安全性能可以允許一些應用無需添加外部安全元件。但是像銀行級應用還會再多加一層外部的安全元素，以實現(xiàn)更高級的安全特性，避免更復雜的物理攻擊，比如芯片去層。

    （注：本文來源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2019年第4期第17頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。）