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瑞萨电子收购Intersil之后的变与不变

2018-12-20
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2017年,瑞萨电子实现了70多亿美元的营收,并且还在不断拓展其产品线和业务营收能力,特别是在高性能模拟器件和电源器件方面,更是不遗余力,为此,瑞萨电子于2016年发起了对美国英特矽尔(Intersil)的并购,并于2017年2月24日完成收购,从而丰富了其电源管理和高性能模拟产品线。


中国一直是瑞萨电子的主要营收来源,并拥有两条半导体产品生产线,其中苏州具有汽车产品生产能力。2017财年,瑞萨电子在中国的营收达到10.4亿美元,其中,68%来自于MCU,在中国市场MCU供应商排名中,瑞萨电子由2016年的第四,2017年上升到了第三,发展势头强劲。



瑞萨电子的MCU分自有内核和Arm内核两种,其自有内核MCU又分为两大产品线,分别是RL78系列、RX系列。同时,该公司还提供基于Arm内核的Synergy平台级MCU产品及相应的软件工具。


RL78低功耗MCU


作为瑞萨电子主打的16位低功耗MCU,RL78的设计理念主要体现在以下三方面:低功耗,最低46uA/MHz;可扩展性,提供1KB~512KB的Flash;高效,最高达1.39 DMIPS/MHz。


可以说,低功耗是RL78系列的主要优势体现,其电池工作电压可低至1.6V,运行时,电流低至46uA /1MHz;而待机时,电流可低至230nA。另外,该系列MCU具有SNOOZE功能,这是RL78内核MCU独有的低功耗模式,可以在待机时实现ADC和UART正常操作,而不必唤醒CPU。而在STOP模式下,可以灵活配置外设,以达到安全性和灵活性的最大平衡,且保持低功耗,此时可实现RAM数据保留。



有一个例子可以说明其低功耗特性:用RL78驱动一个嵌入式应用的LCD显示屏,用一个柠檬为其供电,可以实现3天的续航,其能效水平可见一斑。


在可扩展性方面,RL78系列具有超强的兼容性和灵活性,满足全系列管脚兼容需求,其具有外设端口重定位(PIOR)能力,可将功能引脚重新定位到其他端口。


对于实际应用来说,系统安全是一个非常重要的考量因素,RL78具有片内Flash内容的安全保护功能,针对3种主机通信方式,都有对应的Flash保护机制,防止代码被恶意读出。


在针对编程器的安全设定方面,该系列MCU具有写入保护标志,可以禁止外部命令对Flash进行写入操作;还有区块擦除保护标志,这样,单个Flash区块就不能被擦除,但仍可以执行整片擦除。全部标志位都设置成保护使能时,就无法使用编程器或在板编程功能,只能使用自编程功能;RL78的保护标志存储在额外的芯片存储区域,不占用正常的CPU寻址空间。


在使用片上调试功能时的安全设定方面,RL78可以通过设定,禁止片上调试功能(On-Chip Debug Disable);同时也具有片上调试安全ID(10个字节),在可以使用片上调试功能时,需要输入安全ID来连接调试器,还可以设定在ID不匹配时,自动擦除Flash内容。


此外,RL78还具有自编程时的安全设定功能和Flash保护窗口(FSW)。


除了以上这些特点之外,RL78系列还有一些其它功能,如可提高系统效能的ELC (Event Link Controller),可以在低功耗模式下进行一系列的外设操作;还有可分担CPU负荷的数据传输控制器DTC(Data Transfer Controller),DTC与DMA相似,但其功能比DMA更加丰富。DMA更适用于对实时响应要求更高的应用,而DTC适用于需要更多灵活性以及低功耗的应用。DTC可以在内存间传输数据,无需CPU干预,和CPU的数据传输指令相比,DTC的数据传输速度更快,DTC具有24组控制数据,31个触发源,可实现各种内存地址之间的传输(SFR, RAM 和 Flash)。


为了降低系统成本,RL78系列内置了高精度振荡器(精度为+/- 1%),有两种预设的振荡频率:24 MHz和32MHz,使用分频器可产生16MHz, 12MHz, 8MHz, 4MHz, 3MHz, 2MHz, 1MHz的频率,并可以通过设置校准寄存器来提高精度。


另外,较高的集成度也是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,更强调性能,主要产品包括RX100/200、RX600和RX700,其中,RX700是旗舰产品,性能最强。RX MCU产品线如下图所示。


RX100系列采用瑞萨独有的RXv1内核,其主频高达32MHz,性能可达1.56DMIPS/MHz和3.08CoreMark/MHz,和采用ARM Cortex M0/M0+内核的MCU产品相比,RX100系列MCU可以提供大约30%~70%的性能提升,同时,RX100还能通过缩短代码执行时间来降低功耗,例如,在个人医疗应用中,可以在RX100芯片内实现数字滤波器功能,实现高精度测量。


在设计方面,RX100为用户提供了超低功耗、高性价比的选择,并集成了适用于测量设备和家电应用的外设组合。


RX100在不同的工作模式切换时,能实现极低的功耗。其在待机模式下具有超低的待机电流,快速唤醒后能在最短时间内进入运行模式(唤醒时间只需要 4.8μS),并保持低工作电流和快速运行。作为全系列功耗最低的MCU,RX100在 32MHz 运行模式下,电流消耗低至 3.2mA,在软件待机模式下,电流消耗低至0.35μA,只有RX200的1/2、RX600的1/5。


RX100系列集成了多种外设,可大幅减少系统元器件数量。比如内部集成了POR/LVD、5V端口、RTC、温度传感器、E2数据Flash和片上振荡器,工程师在设计中将不会将精力花在外围器件的挑选上。同时,系统的最终尺寸也将大幅减少。


安全功能是RX100系列的另一大亮点,且可以通过硬件实现,从而减少了软件负担,轻松实现与IEC60730的兼容设计,具体应用的开发周期将大为缩短,这也有助于降低系统的BOM成本。



在MCU的安全需求方面,我国国内的要求不高,但在欧美地区的家电应用中很普及,因此,这项能力对MCU来说也是至关重要的。


RX231 MCU是RX100/200系列中唯一支持CAN通信的产品,主要应用于家电产品、工业/OA、数字信号处理/可穿戴和IOT等市场领域。该MCU基于RXv2的内核,相比RXv1性能提升35%,相比Cortex M4性能提升22%。


从家电、可穿戴,再到物联网、工业/OA产品,RX100/RX200的所有目标应用中,触控都是重要的技术。在这方面,瑞萨电子开发的触摸按键技术同时支持电容自感应和电容互感应方式,其高灵敏度硬件特性配合软件开发工具,可带来全新的电容触摸按键设计理念。


触摸按键具有以下特点:降低成本,减少了部件数量(无需实体按键),降低了错误率(和轻触按键相比,耐久性增强,并具有抗污防水能力);更容易清洁,由于没有缝隙,简单擦拭即可实现清洁;具有更多的设计理念,可以实现各种复杂设计。



瑞萨电子的新触摸按键抗干扰能力极强,可以透过10mm厚的亚克力材料或木板进行感应,并支持电容自感应方式和电容互感方式,从而增强了防水能力(互感方式),通过按键矩阵增加了触摸按键的数量(互感方式)。


相比于RX100/RX200,RX600/RX700系列的性能又提升了一个档次。其中,RX64M / RX71M拥有大容量片内最大4MB Flash,RX71M是带有120MHz Flash的高性能支持240MHz 主频MCU;RX65N则是RX630/RX631/RX63N的升级产品,填补了RX63x和RX64M/RX71M之间的空白,是RX600/RX700系列中最具性价比的产品。


RX65该系列MCU的一大特色就是用户在进行二次开发时,可对Flash内容进行保护。随着MCU系统越来越复杂,协同开发也变得越来越多。有专长的公司会为客户提供一些核心算法,系统供应商则为客户提供简单易用的开发框架,而有专长的公司会为客户提供一些核心算法,并将核心算法烧写进MCU的flash中,在此基础上,最终客户做二次开发完成最终的产品,。 而最终客户在二次开发过程中可以将Flash内容作为数据读出。


由此产生的一个问题是,如何对烧写在flash内的核心算法进行保护? 使最终客户在二次开发过程中只能运行核心算法代码,而不能把代码作为数据读出。


对此,RX600/RX70065系列MCU提供了专门开发出了Trusted Memory功能。当将flash一部分区域设置为Trusted memory功能时, 这一部分内的代码就只能执行而不能被读出,这样就保证了烧写在这一区域代码的安全,保护了软件资产。访问受限区域,区域0存储了需要保密的中间件代码,设置为Trusted-ON。



此外,RX6500/RX700还提供了用于加密的Trusted Secure IP(TSIP),传统的MCU安全功能,包含加密模块,物理防篡改等功能。所有的资源都在安全环境下使用,但限制太多。而Trusted-Secure-IP以确保可以在安全环境下使用加密模块和密钥保护功能,同时又具有通用MCU的多功能性功能,性价比较高。


与传统方式相比,Trusted Secure IP可防止未经授权使用加密模块,并对密钥进行强力保护,还能防止盲拷贝。


模拟和功率解决方案


Intersil是业界少有的几家能提供高性能电源和功率半导体,特别是数字电源的厂商之一,并入瑞萨电子后,与其原有丰富的MCU产品线形成有效互补,为客户提供更完整的解决方案。


除了电源产品以外,瑞萨电子主营的模拟产品包括放大器和缓冲器,音频和视频,数据转换器,接口电路,开关/多路复用器/交叉矩阵,时钟和数字器件,航空航天及军用器件等,可应用于各个领域,包括汽车电子,计算机,消费电子,工业应用,医疗,安全监控,LED照明等。


从技术角度看,为了满足新型应用的需求,电源管理芯片将变得越来越集成化、模块化、数字化及智能化。而这对于电源管理芯片的封装设计、功耗、稳定性及可靠性都提出了新的要求。



在收购了Intersil之后,瑞萨电子进一步坚定了模块化电源的发展路线,特别是全集成DC/DC负载点(POL)转换控制器、栅极驱动器、MOSFET,以及电感等无源器件的模块化封装方案,用户只需配备少量的外部电容和电阻就可以投入使用。


如双路3A/单路6A降压DC/DC电源模块ISL8203M,主要用于通信、测试测量和工业系统中的FPGA、ASIC、微处理器、DSP和其他负载点转换的电源设计。其内部包含一个PWM控制器和同步开关MOSFET、电感及无源元件,支持2.85V - 6V输入电压范围和0.8V - 5V可调节输出电压范围,设计工程师能够使用一个芯片构建单路6A或双路输出3A电源。


ISL8203M提供15°C/W的同类最佳散热性能,并可在85°C条件下提供6A输出电流而无需散热器或风扇。ISL8203M采用Intersil的专利技术和先进封装工艺来提供高功率密度和极佳的散热性能,使ISL8203M能够在宽温度范围内满载工作。该电源模块还提供过温、过流和欠压锁定保护,进一步增强了其坚固性和可靠性。


另外,还有用于工业场景的大电流42V电源模块ISL8215M。


集成FET的稳压器也是该公司主要的产品亮点,如14A高效同步降压稳压器ISL85014,其输入电压为3.8V~18V,采用电流模式控制,具有快速响应和极好的回路稳定性。该器件集成了非常低ON态电阻的高边和低边FET,以最大化效率和最小化外接元件数量,输出电流高达14A,PWM输出电压从0.6V起可调,主要用于服务器和云基础结构POL,IPC、工厂自动化、PLC,通信和网络系统、存储系统以及测试设备。


数字电源是当今可用于降低功耗以及管理现代电子系统中不断增长的功率复杂性的最重要技术之一。瑞萨电子的数字电源管理和控制IC产品组合可提供更大的设计灵活性,缩短产品开发周期,加速上市。可以为FPGA、DSP、ASIC以及网络处理器提供高达八相、超过240A电源性能的ISL68300和ISL68301就是这样的方案,是符合PMBus标准的全数字DC/DC 控制器,可提供单输出负载点(POL)转换。集成了MOSFET驱动器的ISL68300控制器以及内置 PWM输出的ISL68301控制器简化了数据中心、有线/无线通信以及工厂自动化设备的电源设计。ISL68300可以直接驱动外置MOSFET,而ISL68301则可以与瑞萨电子的智能功率级或 DrMOS 功率级搭配使用,可打造一个完整的稳压器解决方案。


此外,瑞萨电子还可提供是高性能CPU电源的核心供应商之一,并能针对不同处理器架构和厂商,提供针对性的解决方案。


综上,以MCU为坚实基础,瑞萨电子正在模拟与混合信号IC领域不断拓展,为将来的汽车电子、5G、智能工业等应用普及蓄力。


文/半导体行业观察 张健


今天是《半导体行业观察》为您分享的第1802期内容,欢迎关注。

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