今年在低功耗微控制器（MCU）市场上，基于Cortex-M0+的MCU赚足了噱头，而作为20年来一直走在低功耗MCU最前列的德州仪器（TI）当然会不甘示弱，今年3月，TI重磅推出了超低功耗MSP430 MCU平台“金刚狼”（Wolverine）。虽然才短短的半年时间，但是已有很多早期客户在使用“金刚狼”系列，并取得了很好的反响。近日，TI半导体事业部MCU 业务拓展经理吴健鸿（Paul）向记者讲述了很多有趣的关于“金刚狼”的故事。

图1 TI半导体事业部MCU 业务拓展经理吴健鸿（Paul）

    Paul说：“TI为什么要花超过3~4年的时间去做一个平台呢？因为过去20年来，TI的MSP430一直都是全球最低功耗的MCU，很多厂商如果希望做一个低功耗的MCU，一定会与MSP430作比较，可以说，MSP430一直以来都是业界的一个低功耗标准。我们发现有很多竞争对手都已经开始改善其低功耗MCU，因此我们觉得是时候多花点时间将MSP430作更深层次的优化。我们做这个平台的初衷很简单，就是把低功耗的门槛再提高。就是说，如果要做低功耗MCU的话，我们还是最低功耗的一个标准。”

工艺、FRAM和DNA

    TI花了1年多的时间去改进工艺，最终采用了一种比较特别的超低漏电流工艺，它能在全温度范围内保持低功耗。为了提高集成度，90%的MCU会集成ADC等模拟外设,因此，MCU要达到低功耗,还需要考虑怎样降低模拟外设的功耗。而超低漏电流工艺就可以实现模拟部分以及其他扩展的部分的低功耗。金刚狼的外设功耗最低达75 μA（采用12 bit ADC），可以说是业界最低。

    全温度范围有这样一个故事，Paul说：“有的低功耗MCU在应用的时候，比如热表应用，客户做测试时发现，为什么不是宣传的低功耗了？这些MCU厂商就会觉得很奇怪，明明是低功耗，怎么不行了。后来才发现，因为热表应用一般温度超过了50~70℃，他们的产品在常温的时候确实是低功耗，但是一旦温度提高了，它的低功耗特性就没有了。而‘金刚狼’能在全温度范围维持低功耗。”

    当然不能每次只改一下工艺，此次，TI独具匠心地把铁电（FRAM）技术应用到MSP430中，它所带来的好处是令人惊讶的。Paul解释到：“一般的MCU通常用Flash（闪存）存储代码，用EEPROM存储数据，当需要对片上Flash 擦写时，MCU内部需要专门的升压电路将电源电压(通常为3.3 V)升至15 V，才能执行Flash擦写操作，因此，MCU在写Flash的时候是特别耗电的。FRAM在执行擦写时不需要升压到15 V，可以直接写，而且FRAM写入速度比一般的Flash快了近1 000倍。基于FRAM的上述两个优势，MCU在写FRAM时的功耗是MCU写Flash时功耗的1/250，实现了最低的内存功耗。”

    除此之外，一直以来MSP430整个架构都是低功耗的，已经有了低功耗的DNA。MSP430可以提供7种不同低功耗模式，客户可以根据不同的需求选择相应的模式,以实现系统最低功耗。因此，把工艺、FRAM和DNA这三者加起，TI的“金刚狼”平台就应运而生了。

    Paul强调：“低功耗并不能用一个数据去证明，而是要综合待机功耗、外设功耗、内存消耗和运行功耗。我们在与客户沟通的时候发现，很多电池供电的应用一般在80%~90%的时间里都是在睡眠状态（即待机模式），因此待机功耗十分重要，‘金刚狼’的待机功耗低至360 nA。此外，其睡眠唤醒时间很短，这也有助于降低功耗。在电池供电应用中，判定、简单的计算以及控制处理都是必要的，‘金刚狼’的运行功耗（包括内存访问功耗）也是非常低的，大概为100 μA/MHz。”综合来看，“金刚狼”可以实现最低的待机功耗、外设功耗、内存消耗和运行功耗。

    其实要找一个对自己有利的数据是比较容易的，但是在低功耗应用中，真正最重要的是看电池可以用多长时间。通过图2可以看出，在典型运动/健康应用和热表应用中，“金刚狼”的各种功耗都占优势。说起热表，还有一个小故事，Paul说：“20年前，TI之所以做MSP430的设计，就是为了满足当时某一个热表客户的要求，这样就有了低功耗的战略，做出来以后真的是最低功耗。20年后，TI ‘金刚狼’第一个客户也恰好是热表厂商。”

图2 “金刚狼”功耗与竞争对手的比较

    记者发现，在写数据比较多的应用中，数据写入的功耗占的比例是最多的，那么如果竞争对手也把Flash换成FRAM，是不是就可以了呢？Paul讲述了这样一个故事来释疑：“如果其他公司要用FRAM就需要向我们购买。TI将FRAM集成在MCU上是走在全球前列的。大概十几年前，Ramtron开始研发FRAM，但是它没有自己的工厂，一定要找一个合作伙伴帮他们做研发，他们找到了TI。到目前为止，所有Ramtron的产品都是在TI生产的，而FRAM的生产确实是很难的。这就是为什么我们可以用FRAM这个技术。”

    处理器一般的功能可以分为运算、控制（特别是实时控制）还有微控制，针对这些功能TI有不同的产品。而“金刚狼”简单、高效的特点就特别适合“微控制”应用。Paul说：“TI很多时候都会按照某一个应用去设计某一个产品，例如，在电表中其实需要作很多算法，特别是计算ADC获取的一大堆数据，为此，我们就会加一些加速器。” “金刚狼”就针对主要的应用在结构上进行了优化，如原生位操作支持（能单独修改1个bit）、正交寻址和实时中断（反应速度快）。它还集成了硬件加速器，里面有乘法器、加密单元（无线通信时可以用到）、CRC以及随机数生成。“金刚狼”还有灵活的电源管理模块和快速唤醒用时钟，并集成了UART、I²C、SPI、PWM和定时器。

   此次的“金刚狼”故事就到这里，而低功耗MCU的故事将不断地延续，并且将更加精彩，敬请期待！

图3 新的“金刚狼”平台开发板