工业节能日趋重要MCU技术成关键因素

随着全球能源消耗量的指数式飞升，越来越多公司专注开发有助于降低能耗的产品。ECN China与英飞凌技术公司工业应用MCU高级经理Andy Wong探讨了微控制器(MCU)在提高系统能效的角色。这里摘要如下：

MCU在工业应用领域的最新产业趋势是什么?

工业领域正在进入一个新的时代，其关注的要点是保护全球的能源。太阳能变频器、风能变频器、LED与HID照明等工业应用正在兴起。工业领域更注重于用复杂的控制来改善能效。微控制器正变得越来越重要，因为它们能为控制算法提供最适宜的功能和性能，此外还有助改进系统的安全性和可靠性。提高工业产品中的能效意味着减少功耗。这就需要智能和精密的控制。英飞凌公司拥有针对实时嵌入控制的完备微控制器产品组合，专注于为工业应用提供效率的改善。

预计节约能源会在MCU应用中有相当大的增长潜力，英飞凌的MCU如何帮助提高系统能效?

英飞凌为工业市场提供一个完整的解决方案，包括低电阻MOSFET、IGBT、功率模块以及针对实时嵌入控制的微控制器。英飞凌通过其应用套件提供FOC等先进的控制算法，用于家电、太阳能变频器和工业电机驱动等应用。它们能帮助客户在最短时间内适应新的技术。空调系统的市场就是其中的一个例子。采用变频器的空调系统可以将总能耗最多降低30%。英飞凌用于电机控制的DAvE Drive自动代码生成器能帮助工程师用几次鼠标点击的方式来开发软件。

设计满足这一趋势的产品要面临什么挑战?

首先，微控制器价格的持续下降使得现在和新兴的工业设备能够用于那些成本敏感的应用。其次，一个核心的纯算术性能不足以量度一个系统中的微控制器效率，因此应考虑架构和片上外设问题。第三，为了应对水泵电气化等应用，降低客户开发成本不可避免地成为关注焦点。这些要点对各种各样的工业客户都十分重要，他们常常必须与非常小的项目团队和预算打交道。

挑战就是，要开发出更廉价、性能更好和使用更简便的产品。“更廉价”意味着用户可以在系统级上优化自己的物料清单，获得最佳成本。采用英飞凌的微控制器后，可以只用一只微控制器，而不是两只，因为它有很好的实时性能与丰富的功能集。我们名为XC800的8 位系列产品提供16 位的性能，而16 位 XE166系列则提供32 位级别的微控制器性能。另外一个例子是实现了一种智能供给概念，使微控制器尽可能简单和便宜。

“性能更好”意味着微控制器的实时性能要适应不断改善的控制算法，如面向现场的控制(FOC)。此时，要考虑整个微控制器的架构。英飞凌将自主运行的PWM单元硬件与ADC相结合，提供实时的性能。此外，英飞凌还用协处理单元实现了FOC等控制算法的计算能力，如其XC800系列上的矢量计算器，或XE166系列中处理DSP功能的集成MAC单元。

“使用更简便”要为开发人员提供正确的工具集，包括能使产品快速上市的参考设计。英飞凌已为此而建立了非常好的应用套件，通过参考硬件设计和软件代码提供交钥匙式解决方案。采用DAvE Drive或Dual Motor Control Kit可以节省软硬件开发的人月工作量。

在过去16 位甚至8 位芯片统治的市场上，采用32 位 MCU的设计有增长的趋势，这背后的主要原因是什么?

32 位架构正在不断发展，以满足明天应用的性能需求，很多供应商都需要提高核心性能来实现这一目标。但核心并非微控制器性能的主导部分。实时能力以及能够极高效解决应用需求的架构是选择微控制器的关键因素。总性能的成本也是嵌入控制方案中的一个重要标准。

预计32 位微控制器有强劲的增长。这是否意味着8 位和16 位型号将有衰退的趋势?

大约10年以前，分析家们就预测过16 位和32 位微控制器将替代市场中的8 位产品。但我们都知道，8 位区段仍继续为价格极敏感的市场提供令人满意的性能。8 位 MCU的平均售价持续走低，而性能有显著增加。英飞凌的XC800系列就是一个例子。8 位微控制器将保持下去。

对微控制器市场来说，多核处理器架构是否有意义?

多核架构在嵌入式世界不是什么新鲜事。英飞凌10年前就率先推出了采用TriCore的先进32 位实时微控制器，TriCore核心包含了微控制器的实时能力、DSP的计算能力，以及RISC load-store架构的性价比优势。面向工业应用 TC11系列中，一个外设控制处理器(PCP)用于处理所有外设任务，减轻主CPU的负荷。这种架构为工业应用中的功能安全实现提供了一个良好的平台。