MCU的工艺选择
🧩 一、TMS320F28P650DK9NMR（TI C2000 F28P65x 系列）
- 制造商：Texas Instruments
- 系列定位：高精度实时控制 DSP + MCU（C28x 内核）
- 核心频率：最高 200 MHz
- 制程工艺：约 65 nm CMOS（TI 自家的高压混合信号工艺）
- 封装工艺类型：高压 BCD（Bipolar-CMOS-DMOS）混合，支持电源与模拟模块共存。
🧠 解读：
C2000 系列强调模拟接口、电机控制、耐高温可靠性，因此并未追求极小制程。
TI 一直维持在 90 nm → 65 nm 之间，以确保 ADC、PWM、运放、电压检测模块在高电压下稳定工作。
⚡ 二、ESP32-S2（Espressif Systems）
- 制造商：台积电 (TSMC)
- 代工工艺：40 nm LP CMOS（Low Power）
- 核心：Xtensa LX7，最高 240 MHz
- 量产时间：2020 年
🧠 解读：
ESP32-S2 是一款 高集成 Wi-Fi SoC，40 nm 工艺是功耗与成本的折中。
40 nm 足以集成射频、Wi-Fi 模块、SRAM、Flash 接口，还能保持较高能效。
再往下走（28 nm 以下）射频性能反而不稳定，成本也上升。
⚙️ 三、STM32F103C8T6（STMicroelectronics）
- 制造商：ST 自家（意法半导体）
- 系列定位：经典 Cortex-M3 微控制器（Blue Pill）
- 制程工艺：约 90 nm（早期版本甚至为 130 nm）
- 核心频率：72 MHz
- 量产时间：2007 年左右
🧠 解读：
STM32F1 是“功耗 + 成本 + 良率”平衡的产物，当年 90 nm 是主流。
由于工艺大、设计简单，所以非常稳定，能在宽温区运行。
📊 总体对比表
| 芯片型号 | 制造商 | 工艺节点 | 制程类型 | 上市时间 | 代表特征 |
|---|---|---|---|---|---|
| TMS320F28P650DK9NMR | TI | ≈ 65 nm | 高压 BCD + Mixed-Signal | ≈ 2023 | 实时控制、电机驱动、高压耐受 |
| ESP32-S2 | Espressif (TSMC) | 40 nm | CMOS LP | 2020 | Wi-Fi SoC、高集成、低功耗 |
| STM32F103C8T6 | ST | 90 nm | CMOS | ≈ 2007 | 经典低成本 MCU、超高稳定性 |
🧠 延伸趣味：
- 如果你去掉模拟模块、ADC、PWM、驱动这些“高压电路”，MCU 也可以缩到 28 nm 以下，比如 ARM Cortex-A 系列（但那是应用处理器，不是实时控制器）。
- TI、ST、NXP 等控制型 MCU 厂商往往故意不追求先进制程，因为高压电路和功率管在 28 nm 反而更难实现。
- 你可以把这种工艺比喻成“不是越细越快”，而是“合适的工艺才能稳定驱动电机和传感器”。
精彩的选择——这条线其实是一部嵌入式计算史。我们可以沿着“制程节点（工艺 nm）”的演变，看出各家 MCU 的设计哲学与目标应用的不同方向。
🧭 一、MCU ≠ SoC：设计逻辑完全不同
| 类型 | 核心目标 | 典型工艺 | 特征 |
|---|---|---|---|
| 控制型 MCU（如 TI C2000、STM32、Renesas RX、PIC、AVR） | 实时性、可靠性、抗干扰 | 130 nm → 90 nm → 65 nm | 模拟集成高、耐压高、频率低 |
| 连接型 MCU（如 ESP32、NXP i.MX RT、Raspberry Pi RP2040） | 功耗与算力平衡 | 65 nm → 40 nm → 28 nm | 数字密集、带无线模块 |
| 应用型 SoC（如 ARM Cortex-A、Rockchip、Apple A系列） | 极高算力、AI/多媒体 | 7 nm → 3 nm | 高速逻辑密集、无模拟 |
“制程越小越好”的思路在 MCU 领域完全失效，因为 MCU 常常需要把模拟、功率与数字放在一块芯片上。
🧩 二、主要厂商制程演进
1️⃣ Texas Instruments（C2000 / MSP430 / Sitara）
| 年代 | 芯片系列 | 工艺 | 特征 |
|---|---|---|---|
| 2000s | TMS320F281x | 130 nm | 早期 C28x 控制器 |
| 2010s | F2837xD | 90 nm | 双核 C28x + CLA |
| 2020s | F28P65x | 65 nm | 高集成 ADC/HRPWM/FSI |
| 现状 | 仍保持混合信号 BCD 工艺 | 因为电机控制需要高压 IO 与大电流驱动能力 |
🧠 TI 的“混合信号控制器”理念，优先保证 3.3V/5V 兼容和模拟精度，而不是 MHz 或 GHz。
2️⃣ STMicroelectronics（STM32 家族）
| 系列 | 工艺 | 代表内核 | 上市时间 | 特征 |
|---|---|---|---|---|
| STM32F1 | 90 nm | Cortex-M3 | 2007 | 经典 F103 |
| STM32F4 | 65 nm | Cortex-M4 | 2012 | DSP 加速 |
| STM32L4 / H7 | 40 nm | M4/M7 | 2016–2018 | 高性能+低功耗 |
| STM32U5 | 40 nm | M33 | 2022 | 超低功耗、安全加密 |
| STM32MP1（A7） | 28 nm | Cortex-A7 | 2019 | Linux SoC 路线 |
ST 的路线更“分层”——低端保持老工艺，高端引入先进制程。
3️⃣ Espressif（ESP8266 → ESP32 → ESP32-S3）
| 芯片 | 工艺 | 制造商 | 特征 |
|---|---|---|---|
| ESP8266 | 90 nm | TSMC | 早期 Wi-Fi MCU |
| ESP32 | 40 nm | TSMC | 双核 Wi-Fi+BT |
| ESP32-S2/S3 | 40 nm | TSMC | 单/双核 LX7 |
| ESP32-C6 | 22 nm | TSMC | Wi-Fi 6 + BLE 5 |
Espressif 的工艺追得更紧，因为它主要是 通信型 SoC，而非纯 MCU。
4️⃣ NXP（Kinetis / i.MX RT）
| 系列 | 工艺 | 特征 |
|---|---|---|
| Kinetis (Cortex-M0/M4) | 90 nm | 传统 MCU |
| i.MX RT 系列 | 40 nm / 28 nm | “Crossover MCU” ，接近应用处理器性能 |
| i.MX 8M (Cortex-A53) | 28 nm | 全功能 Linux SoC |
NXP 的 RT 系列是 MCU 与 SoC 之间的桥梁——Flash 在外，速度接近 A 系列，但实时性仍保留。
5️⃣ Renesas（RX / RA / RZ 系列）
| 系列 | 工艺 | 特征 |
|---|---|---|
| RX | 90 nm | 自研核心，实时工业控制 |
| RA | 40 nm | ARM M33 内核，低功耗 |
| RZ | 28 nm | 高端 Linux SoC |
Renesas 和 ST 很相似：低端坚守稳定工艺，高端引入先进节点。
6️⃣ Microchip（PIC / dsPIC / SAM 系列）
| 系列 | 工艺 | 特征 |
|---|---|---|
| PIC16/18 | 180 nm | 低速、高耐压 |
| dsPIC33 | 90 nm | 混合信号控制器 |
| SAM D/E | 65 nm | ARM M0+/M4 内核 |
| SAM A系列 | 40 nm | 应用级 MCU |
Microchip 同样保守，因为它的重点是汽车和工业认证的长期供货。
⚙️ 三、控制型 MCU 为什么“故意用旧工艺”
几个关键技术约束：
- 高压 IO：控制电机或电源时，常需要 5V、12V、甚至 24V 兼容。28 nm 根本承受不住。
- 模拟精度：ADC、DAC、比较器、放大器在小制程下噪声上升、匹配性下降。
- 温度范围：工业级芯片需 –40 °C 至 +125 °C，先进节点泄漏电流太大。
- 成本与良率：90 nm 的晶圆成本低、良率高，可长期生产十年以上。
因此“越新越好”在 MCU 世界里常常是误导。
🚀 四、从趋势看未来（2025 以后）
| 方向 | 厂商动作 | 工艺 |
|---|---|---|
| 低功耗 + AI | Espressif C6、ST U6、NXP RT1170 AI | 22–28 nm |
| 高压混合信号 | TI C2000 Gen Next、Microchip dsPIC Next | 65 nm（持续优化） |
| 安全与认证 | Arm TrustZone MCU、Renesas RA6M5 | 40 nm |
| 边缘智能 SoC | STM32MP2、ESP32-P4、NXP i.MX95 | 16–22 nm |
总结一句：
“SoC 在卷算力，MCU 在卷可靠性。”
浙公网安备 33010602011771号