2017年,瑞薩電子實現(xiàn)了70多億美元的營收,,并且還在不斷拓展其產(chǎn)品線和業(yè)務(wù)營收能力,,特別是在高性能模擬器件和電源器件方面,更是不遺余力,,為此,瑞薩電子于2016年發(fā)起了對美國英特矽爾(Intersil)的并購,,并于2017年2月24日完成收購,,從而豐富了其電源管理和高性能模擬產(chǎn)品線。
中國一直是瑞薩電子的主要營收來源,,并擁有兩條半導(dǎo)體產(chǎn)品生產(chǎn)線,,其中蘇州具有汽車產(chǎn)品生產(chǎn)能力。2017財年,,瑞薩電子在中國的營收達(dá)到10.4億美元,,其中,68%來自于MCU,,在中國市場MCU供應(yīng)商排名中,,瑞薩電子由2016年的第四,2017年上升到了第三,,發(fā)展勢頭強(qiáng)勁,。
瑞薩電子的MCU分自有內(nèi)核和Arm內(nèi)核兩種,其自有內(nèi)核MCU又分為兩大產(chǎn)品線,,分別是RL78系列,、RX系列。同時,,該公司還提供基于Arm內(nèi)核的Synergy平臺級MCU產(chǎn)品及相應(yīng)的軟件工具,。
RL78低功耗MCU
作為瑞薩電子主打的16位低功耗MCU,,RL78的設(shè)計理念主要體現(xiàn)在以下三方面:低功耗,最低46uA/MHz,;可擴(kuò)展性,,提供1KB~512KB的Flash;高效,,最高達(dá)1.39 DMIPS/MHz,。
可以說,低功耗是RL78系列的主要優(yōu)勢體現(xiàn),,其電池工作電壓可低至1.6V,,運行時,電流低至46uA /1MHz,;而待機(jī)時,,電流可低至230nA。另外,,該系列MCU具有SNOOZE功能,,這是RL78內(nèi)核MCU獨有的低功耗模式,可以在待機(jī)時實現(xiàn)ADC和UART正常操作,,而不必喚醒CPU,。而在STOP模式下,可以靈活配置外設(shè),,以達(dá)到安全性和靈活性的最大平衡,,且保持低功耗,此時可實現(xiàn)RAM數(shù)據(jù)保留,。
有一個例子可以說明其低功耗特性:用RL78驅(qū)動一個嵌入式應(yīng)用的LCD顯示屏,,用一個檸檬為其供電,可以實現(xiàn)3天的續(xù)航,,其能效水平可見一斑,。
在可擴(kuò)展性方面,RL78系列具有超強(qiáng)的兼容性和靈活性,,滿足全系列管腳兼容需求,,其具有外設(shè)端口重定位(PIOR)能力,可將功能引腳重新定位到其他端口,。
對于實際應(yīng)用來說,,系統(tǒng)安全是一個非常重要的考量因素,RL78具有片內(nèi)Flash內(nèi)容的安全保護(hù)功能,,針對3種主機(jī)通信方式,都有對應(yīng)的Flash保護(hù)機(jī)制,,防止代碼被惡意讀出,。
在針對編程器的安全設(shè)定方面,該系列MCU具有寫入保護(hù)標(biāo)志,可以禁止外部命令對Flash進(jìn)行寫入操作,;還有區(qū)塊擦除保護(hù)標(biāo)志,,這樣,單個Flash區(qū)塊就不能被擦除,,但仍可以執(zhí)行整片擦除,。全部標(biāo)志位都設(shè)置成保護(hù)使能時,就無法使用編程器或在板編程功能,,只能使用自編程功能,;RL78的保護(hù)標(biāo)志存儲在額外的芯片存儲區(qū)域,不占用正常的CPU尋址空間,。
在使用片上調(diào)試功能時的安全設(shè)定方面,,RL78可以通過設(shè)定,禁止片上調(diào)試功能(On-Chip Debug Disable),;同時也具有片上調(diào)試安全I(xiàn)D(10個字節(jié)),,在可以使用片上調(diào)試功能時,需要輸入安全I(xiàn)D來連接調(diào)試器,,還可以設(shè)定在ID不匹配時,,自動擦除Flash內(nèi)容。
此外,,RL78還具有自編程時的安全設(shè)定功能和Flash保護(hù)窗口(FSW),。
除了以上這些特點之外,RL78系列還有一些其它功能,,如可提高系統(tǒng)效能的ELC (Event Link Controller),,可以在低功耗模式下進(jìn)行一系列的外設(shè)操作;還有可分擔(dān)CPU負(fù)荷的數(shù)據(jù)傳輸控制器DTC(Data Transfer Controller),,DTC與DMA相似,,但其功能比DMA更加豐富。DMA更適用于對實時響應(yīng)要求更高的應(yīng)用,,而DTC適用于需要更多靈活性以及低功耗的應(yīng)用,。DTC可以在內(nèi)存間傳輸數(shù)據(jù),無需CPU干預(yù),,和CPU的數(shù)據(jù)傳輸指令相比,,DTC的數(shù)據(jù)傳輸速度更快,DTC具有24組控制數(shù)據(jù),,31個觸發(fā)源,,可實現(xiàn)各種內(nèi)存地址之間的傳輸(SFR, RAM 和 Flash)。
為了降低系統(tǒng)成本,,RL78系列內(nèi)置了高精度振蕩器(精度為+/- 1%),,有兩種預(yù)設(shè)的振蕩頻率:24 MHz和32MHz,,使用分頻器可產(chǎn)生16MHz, 12MHz, 8MHz, 4MHz, 3MHz, 2MHz, 1MHz的頻率,并可以通過設(shè)置校準(zhǔn)寄存器來提高精度,。
另外,,較高的集成度也是RL78降低成本的重要考量。
RX系列高性能MCU
相比于RL78,,RX系列MCU是32位的,,更強(qiáng)調(diào)性能,主要產(chǎn)品包括RX100/200,、RX600和RX700,,其中,RX700是旗艦產(chǎn)品,,性能最強(qiáng),。RX MCU產(chǎn)品線如下圖所示。
RX100系列采用瑞薩獨有的RXv1內(nèi)核,,其主頻高達(dá)32MHz,,性能可達(dá)1.56DMIPS/MHz和3.08CoreMark/MHz,和采用ARM Cortex M0/M0+內(nèi)核的MCU產(chǎn)品相比,,RX100系列MCU可以提供大約30%~70%的性能提升,,同時,RX100還能通過縮短代碼執(zhí)行時間來降低功耗,,例如,,在個人醫(yī)療應(yīng)用中,可以在RX100芯片內(nèi)實現(xiàn)數(shù)字濾波器功能,,實現(xiàn)高精度測量,。
在設(shè)計方面,RX100為用戶提供了超低功耗,、高性價比的選擇,,并集成了適用于測量設(shè)備和家電應(yīng)用的外設(shè)組合。
RX100在不同的工作模式切換時,,能實現(xiàn)極低的功耗,。其在待機(jī)模式下具有超低的待機(jī)電流,快速喚醒后能在最短時間內(nèi)進(jìn)入運行模式(喚醒時間只需要 4.8μS),,并保持低工作電流和快速運行,。作為全系列功耗最低的MCU,RX100在 32MHz 運行模式下,,電流消耗低至 3.2mA,,在軟件待機(jī)模式下,電流消耗低至0.35μA,,只有RX200的1/2,、RX600的1/5,。
RX100系列集成了多種外設(shè),可大幅減少系統(tǒng)元器件數(shù)量,。比如內(nèi)部集成了POR/LVD、5V端口,、RTC,、溫度傳感器、E2數(shù)據(jù)Flash和片上振蕩器,,工程師在設(shè)計中將不會將精力花在外圍器件的挑選上,。同時,系統(tǒng)的最終尺寸也將大幅減少,。
安全功能是RX100系列的另一大亮點,,且可以通過硬件實現(xiàn),從而減少了軟件負(fù)擔(dān),,輕松實現(xiàn)與IEC60730的兼容設(shè)計,,具體應(yīng)用的開發(fā)周期將大為縮短,這也有助于降低系統(tǒng)的BOM成本,。
在MCU的安全需求方面,,我國國內(nèi)的要求不高,但在歐美地區(qū)的家電應(yīng)用中很普及,,因此,,這項能力對MCU來說也是至關(guān)重要的。
RX231 MCU是RX100/200系列中唯一支持CAN通信的產(chǎn)品,,主要應(yīng)用于家電產(chǎn)品,、工業(yè)/OA、數(shù)字信號處理/可穿戴和IOT等市場領(lǐng)域,。該MCU基于RXv2的內(nèi)核,,相比RXv1性能提升35%,相比Cortex M4性能提升22%,。
從家電,、可穿戴,再到物聯(lián)網(wǎng),、工業(yè)/OA產(chǎn)品,,RX100/RX200的所有目標(biāo)應(yīng)用中,觸控都是重要的技術(shù),。在這方面,,瑞薩電子開發(fā)的觸摸按鍵技術(shù)同時支持電容自感應(yīng)和電容互感應(yīng)方式,其高靈敏度硬件特性配合軟件開發(fā)工具,,可帶來全新的電容觸摸按鍵設(shè)計理念,。
觸摸按鍵具有以下特點:降低成本,,減少了部件數(shù)量(無需實體按鍵),降低了錯誤率(和輕觸按鍵相比,,耐久性增強(qiáng),,并具有抗污防水能力);更容易清潔,,由于沒有縫隙,,簡單擦拭即可實現(xiàn)清潔;具有更多的設(shè)計理念,,可以實現(xiàn)各種復(fù)雜設(shè)計,。
瑞薩電子的新觸摸按鍵抗干擾能力極強(qiáng),可以透過10mm厚的亞克力材料或木板進(jìn)行感應(yīng),,并支持電容自感應(yīng)方式和電容互感方式,,從而增強(qiáng)了防水能力(互感方式),通過按鍵矩陣增加了觸摸按鍵的數(shù)量(互感方式),。
相比于RX100/RX200,,RX600/RX700系列的性能又提升了一個檔次。其中,,RX64M / RX71M擁有大容量片內(nèi)最大4MB Flash,,RX71M是帶有120MHz Flash的高性能支持240MHz 主頻MCU;RX65N則是RX630/RX631/RX63N的升級產(chǎn)品,,填補(bǔ)了RX63x和RX64M/RX71M之間的空白,,是RX600/RX700系列中最具性價比的產(chǎn)品。
RX65該系列MCU的一大特色就是用戶在進(jìn)行二次開發(fā)時,,可對Flash內(nèi)容進(jìn)行保護(hù),。隨著MCU系統(tǒng)越來越復(fù)雜,協(xié)同開發(fā)也變得越來越多,。有專長的公司會為客戶提供一些核心算法,,系統(tǒng)供應(yīng)商則為客戶提供簡單易用的開發(fā)框架,而有專長的公司會為客戶提供一些核心算法,,并將核心算法燒寫進(jìn)MCU的flash中,,在此基礎(chǔ)上,最終客戶做二次開發(fā)完成最終的產(chǎn)品,,,。 而最終客戶在二次開發(fā)過程中可以將Flash內(nèi)容作為數(shù)據(jù)讀出。
由此產(chǎn)生的一個問題是,,如何對燒寫在flash內(nèi)的核心算法進(jìn)行保護(hù),? 使最終客戶在二次開發(fā)過程中只能運行核心算法代碼,而不能把代碼作為數(shù)據(jù)讀出。
對此,,RX600/RX70065系列MCU提供了專門開發(fā)出了Trusted Memory功能,。當(dāng)將flash一部分區(qū)域設(shè)置為Trusted memory功能時, 這一部分內(nèi)的代碼就只能執(zhí)行而不能被讀出,,這樣就保證了燒寫在這一區(qū)域代碼的安全,,保護(hù)了軟件資產(chǎn)。訪問受限區(qū)域,,區(qū)域0存儲了需要保密的中間件代碼,,設(shè)置為Trusted-ON。
此外,,RX6500/RX700還提供了用于加密的Trusted Secure IP(TSIP),傳統(tǒng)的MCU安全功能,,包含加密模塊,,物理防篡改等功能。所有的資源都在安全環(huán)境下使用,,但限制太多,。而Trusted-Secure-IP以確保可以在安全環(huán)境下使用加密模塊和密鑰保護(hù)功能,,同時又具有通用MCU的多功能性功能,,性價比較高。
與傳統(tǒng)方式相比,,Trusted Secure IP可防止未經(jīng)授權(quán)使用加密模塊,,并對密鑰進(jìn)行強(qiáng)力保護(hù),還能防止盲拷貝,。
模擬和功率解決方案
Intersil是業(yè)界少有的幾家能提供高性能電源和功率半導(dǎo)體,,特別是數(shù)字電源的廠商之一,并入瑞薩電子后,,與其原有豐富的MCU產(chǎn)品線形成有效互補(bǔ),,為客戶提供更完整的解決方案。
除了電源產(chǎn)品以外,,瑞薩電子主營的模擬產(chǎn)品包括放大器和緩沖器,,音頻和視頻,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器,,接口電路,,開關(guān)/多路復(fù)用器/交叉矩陣,時鐘和數(shù)字器件,,航空航天及軍用器件等,,可應(yīng)用于各個領(lǐng)域,包括汽車電子,,計算機(jī),,消費電子,,工業(yè)應(yīng)用,醫(yī)療,,安全監(jiān)控,,LED照明等。
從技術(shù)角度看,,為了滿足新型應(yīng)用的需求,,電源管理芯片將變得越來越集成化、模塊化,、數(shù)字化及智能化,。而這對于電源管理芯片的封裝設(shè)計、功耗,、穩(wěn)定性及可靠性都提出了新的要求,。
在收購了Intersil之后,瑞薩電子進(jìn)一步堅定了模塊化電源的發(fā)展路線,,特別是全集成DC/DC負(fù)載點(POL)轉(zhuǎn)換控制器,、柵極驅(qū)動器、MOSFET,,以及電感等無源器件的模塊化封裝方案,,用戶只需配備少量的外部電容和電阻就可以投入使用。
如雙路3A/單路6A降壓DC/DC電源模塊ISL8203M,,主要用于通信,、測試測量和工業(yè)系統(tǒng)中的FPGA、ASIC,、微處理器,、DSP和其他負(fù)載點轉(zhuǎn)換的電源設(shè)計。其內(nèi)部包含一個PWM控制器和同步開關(guān)MOSFET,、電感及無源元件,,支持2.85V - 6V輸入電壓范圍和0.8V - 5V可調(diào)節(jié)輸出電壓范圍,設(shè)計工程師能夠使用一個芯片構(gòu)建單路6A或雙路輸出3A電源,。
ISL8203M提供15°C/W的同類最佳散熱性能,,并可在85°C條件下提供6A輸出電流而無需散熱器或風(fēng)扇。ISL8203M采用Intersil的專利技術(shù)和先進(jìn)封裝工藝來提供高功率密度和極佳的散熱性能,,使ISL8203M能夠在寬溫度范圍內(nèi)滿載工作,。該電源模塊還提供過溫、過流和欠壓鎖定保護(hù),,進(jìn)一步增強(qiáng)了其堅固性和可靠性,。
另外,還有用于工業(yè)場景的大電流42V電源模塊ISL8215M。
集成FET的穩(wěn)壓器也是該公司主要的產(chǎn)品亮點,,如14A高效同步降壓穩(wěn)壓器ISL85014,,其輸入電壓為3.8V~18V,采用電流模式控制,,具有快速響應(yīng)和極好的回路穩(wěn)定性,。該器件集成了非常低ON態(tài)電阻的高邊和低邊FET,以最大化效率和最小化外接元件數(shù)量,,輸出電流高達(dá)14A,,PWM輸出電壓從0.6V起可調(diào),主要用于服務(wù)器和云基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)POL,,IPC,、工廠自動化、PLC,通信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),、存儲系統(tǒng)以及測試設(shè)備,。
數(shù)字電源是當(dāng)今可用于降低功耗以及管理現(xiàn)代電子系統(tǒng)中不斷增長的功率復(fù)雜性的最重要技術(shù)之一。瑞薩電子的數(shù)字電源管理和控制IC產(chǎn)品組合可提供更大的設(shè)計靈活性,,縮短產(chǎn)品開發(fā)周期,加速上市,??梢詾镕PGA、DSP,、ASIC以及網(wǎng)絡(luò)處理器提供高達(dá)八相,、超過240A電源性能的ISL68300和ISL68301就是這樣的方案,是符合PMBus標(biāo)準(zhǔn)的全數(shù)字DC/DC 控制器,,可提供單輸出負(fù)載點(POL)轉(zhuǎn)換,。集成了MOSFET驅(qū)動器的ISL68300控制器以及內(nèi)置 PWM輸出的ISL68301控制器簡化了數(shù)據(jù)中心、有線/無線通信以及工廠自動化設(shè)備的電源設(shè)計,。ISL68300可以直接驅(qū)動外置MOSFET,,而ISL68301則可以與瑞薩電子的智能功率級或 DrMOS 功率級搭配使用,可打造一個完整的穩(wěn)壓器解決方案,。
此外,,瑞薩電子還可提供是高性能CPU電源的核心供應(yīng)商之一,并能針對不同處理器架構(gòu)和廠商,,提供針對性的解決方案,。
綜上,以MCU為堅實基礎(chǔ),,瑞薩電子正在模擬與混合信號IC領(lǐng)域不斷拓展,,為將來的汽車電子、5G、智能工業(yè)等應(yīng)用普及蓄力,。