《半导体芯科技-SiSC》2020年8/9月刊

日本半导体解决方案供应商瑞萨电子集团宣布，推出采用瑞萨突破性的薄氧化埋层覆硅（Silicon on Thin Buried Oxide, SOTB^TM）制程工艺、基于Arm^® Cortex^®-M0+内核构建的新品RE01；它搭载256KB闪存，区别于已量产、集成了1.5MB闪存的现有产品。

瑞萨电子致力于扩展基于SOTB工艺的RE产品家族阵容、支持低功耗系统的开发，推动实现环保型智能社会。新款RE01凭借瑞萨独有的65nm SOTB制程技术（图1），可极大地降低运行及待机电流消耗，在^【1】EEMBC^® ULPMark™-CoreProfile（CP）认证中获得705分。

图1. RE01采用瑞萨独有的SOTB制程技术，器件获得约4µA超低功耗，低工作电流12µA/MHz（外部DC/DC转换器），以及400Na的待机消耗电流。

据该瑞萨电子中国工业自动化事业部高级总监徐征介绍，新型SOTB是瑞萨电子独家的制程技术，它所采用的SOI（绝缘上硅）工艺能够将工作状态下的功耗与休眠时功耗均降至极限，这在通常状况下是难以兼顾的。此外，器件还可以一枚芯片上兼容SOTB与Bulk混合结构（图2a）。在硅基板的薄硅层下方形成极薄的绝缘层（Buried Oxide, BOX）。通过控制可能混入硅层的杂质，可实现稳定的低电压运行以及更低的寄生电容，能效更佳，发挥更好的运算性能。同时，通过在待机时控制绝缘层下方的硅基板电位（反偏压控制），可减少漏电流，降低待机耗能（图2b）。

图2. (a) 瑞萨RE01在一枚芯片上兼容SOTB与Bulk混合结构；(b) 采用SOTB制程工艺实现器件的低功耗性能，将工作状态下以及休眠时的功耗均降至极限。

RE01是如何做到待机或者工作状态时的超低功耗？徐征表示，相对传统的低功耗MCU器件，此款基于SOTB制程技术的器件功耗约为传统MCU的1/10，不仅可以支持无电池产品，也可以支持必须进行维护的电池长寿化产品。

搭配组合SOTB的无掺杂通道、浅表埋层氧化物绝缘层、以及背面开口，器件可实现良好的电特性。相较于标准的Bulk CMOS技术（红色），SOTB可通过抑制电压临界值的波动（蓝色），降低运行电压与电流。此外，通过对基板施加负的反偏压电压（绿色），SOTB设备能够大幅削减待机期间的漏电流（图3）。

图3. RE01的电特性。

RE01作为嵌入式控制器，可对传感器收集到的数据进行处理，如噪声过滤器，从加速度计判断计步器的步数，从麦克风识别语音等。该产品是瑞萨推出的全新嵌入式控制器，工作原理与MCU类似，但比其他低功耗MCU相比，具有超低功耗（图4）。

图4. 两款产品的芯片结构图，包括256KB闪存（左）和128KB SRAM（右）。

徐征表示，“我们已于去年10月推出了具有1.5MB闪存的产品，该产品被卡西欧于今年2月发布的G-SHOCK最新腕表作为主控制器采用。7月发布的这款新品主要是针对使用传感器控制的物联网设备而优化，非常适用于智能家居、智能楼宇、环境感测、（建筑物/桥梁）结构监测、跟踪器和可穿戴设备等应用。”

该新产品的电流消耗在工作状态下可低至25μA/MHz，待机状态下可低至400nA，其超低功耗在全球处于领先地位。用户可通过瑞萨超低Iq ISL9123作为外部降压稳压器，将工作电流消耗进一步降低至12μA/MHz。

RE具有超低功耗，可显著延长嵌入式设备的电池寿命。它们还适用于需要多个传感器的实时数据处理应用，即使由低电流紧凑型电池或能量采集设备供电也能高速运行。当前市场上具有1.5MB闪存的RE MCU适合需要大存储容量的应用，例如图像数据处理或无线更新固件等。而全新RE01产品系列非常适合紧凑型设备和用于传感器控制的物联网设备。

全新RE01产品群R7F0E01182xxx的关键特性：

Ÿ   ■  Arm Cortex^®-M0+内核，最大工作频率64MHz；

Ÿ   ■  256KB闪存和128KB SRAM；

Ÿ   ■  工作电流：25µA/MHz（使用片上LDO时），12µA/MHz（使用外部DC/DC转换器时）；

Ÿ   ■   软件待机状态消耗电流：400nA；

Ÿ   ■  工作电压范围：1.62V ~ 3.6V；从1.62V开始，最高可达64MHz高速运行；

Ÿ   ■   封装规格：约3mm x 3mm 72引脚WLBGA、7mm x 7mm 56引脚QFN、14mm x 14mm 100引脚和10mm x 10mm 64引脚LQFP；

Ÿ   ■   片上能量采集控制电路（快速启动电容器充电、二次电池充电保护功能）；

Ÿ   ■   约4µA超低功耗和14位A/D转换器；

Ÿ   ■   支持闪存编程，功耗约为0.6mA；

Ÿ   ■   使用TSIP内核的强大安全功能；

Ÿ   ■    深度待机模式下，实时时钟可持续工作，1.8V供电时消耗电流为380nA。

^【1】嵌入式微处理器基准评测协会（EEMBC）作为一家非盈利行业组织，致力于推动标准化测试基准。经其认证的基准分数被广泛认为是对多家厂商产品进行公正评估不可或缺的数据。