在之前的專欄中，我們介紹了物聯網設計的幾個方面，包括傳感器、連接和軟件。在這一部分中，我們將探討使用單芯片物聯網架構進行設計的優勢，無論是現在還是未來。

定積分

正如我們在本系列前面的專欄中所探討的那樣，物聯網節點是微小的眼睛、耳朵和大腦，它們使用一種通用語言來相互通信，并與更高容量的系統進行通信。因此，它們需要多個集成設備來執行其功能。隨著系統中使用的設備數量的增加，尺寸和成本也會增加。預計物聯網設備的數量將遠遠超過PC和智能手機。這創造了，是的，你猜對了 - 一個競爭非常激烈的市場。為了在這個快速增長和競爭激烈的物聯網市場中發揮作用，嵌入式設備需要能夠在集成這一關鍵領域實現更快的創新速度。

顯然需要密集包裝電子產品，以便它們占用最小的空間，同時保留全部功能。因此，設計人員尋求在單個芯片中最大限度地集成功能。MCU是嵌入式市場持續集成的一個很好的例子。MCU將標準外設以及易失性和非易失性存儲器推送到原本獨立的MPU中。SoC 將更多的外設、穩壓器和時鐘推入設備中。對于市場上喜愛的豐富用戶界面，需要集成顯示器驅動和觸摸感應電路。我們還沒有完成，因為我們可以將更多功能打包到單個設備中，從可編程無線、高度復雜的模擬傳感器接口和用于連接用戶界面的語音命令開始。物聯網設備的另一個重要先決條件是安全性 - 數十億互連設備帶來了重大的安全挑戰。正確完成的安全性是指在硬件和固件中完成的安全性。這種混合安全方法將自定義硬件的穩健性與固件的可升級性相結合。

如今，有些MCU將整個可編程系統集成到單個芯片中。這種集成嵌入式系統使得使用強大、靈活的可編程片上系統架構實現物聯網系統變得快速、簡單且經濟高效。這些器件能夠創建具有可編程模擬模塊的各種傳感器接口以及具有可編程數字模塊的自定義顯示和通信接口，因此可以適應各種物聯網應用。

制造技術的不斷進步導致加工節點越來越小。在大多數情況下，較小的處理節點降低了芯片的總體成本，因為它們允許在同一塊硅晶圓上制造更多器件。性能和功耗也受到直接影響;較小的處理節點具有更低的功耗和/或更大的頻率裕量，以實現更高的性能。然而，在未來，節點的收縮給物聯網設備的制造過程帶來了重大挑戰。這是因為除了數字功能之外，未來的集成物聯網設備還需要具有低泄漏的高性能模擬，以及更快、更低功耗的無線電。沒有適合所有人的制造節點可以最佳地適應模擬、數字和無線電。這就是封裝和多芯片模塊（MCM）進步的用武之地。

模擬喜歡高電源電壓和大晶體管，LDO和開關穩壓器等電源模塊也喜歡這些功能。此外，模擬模塊的收縮幅度不如數字模塊在較小處理節點下縮小。畢竟，他們必須擔心載流能力、集成無源元件和晶體管，這些需要具有較大的有源區域，而不是足以用于數字電路的簡單開關。這導致模擬在小型處理節點上變得昂貴。模擬和功率適合180nm – 90nm芯片。另一方面，數字在較小的處理節點下收縮得非常好。這就是為給定的芯片復雜性和集成存儲器提供最小的處理節點的地方。低于 40nm 適用于帶有 MCU、外設和存儲器的數字芯片。射頻子系統更喜歡優化的體工藝或為集成物聯網無線電量身定制的完全耗盡絕緣體上硅 （FDSOI） 概念，這些概念具有巨大的前景。

審核編輯：郭婷