隨著5G、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)和傳統(tǒng)行業(yè)快速融合，設(shè)計(jì)人員為滿足智能化的市場需求，集成各種功能器件到產(chǎn)品中，對能效管理和電池續(xù)航提出了極大的挑戰(zhàn)。

作為MCU領(lǐng)域的一個細(xì)分市場，低功耗MCU是當(dāng)前全球各大MCU廠商主攻的方向之一，產(chǎn)品主要面向電池供電和能量采集等相關(guān)應(yīng)用。隨著制造工藝的精進(jìn)，以及終端應(yīng)用對運(yùn)算性能的要求不斷提高，基于Arm內(nèi)核的32位低功耗MCU是絕對的市場主流，這些內(nèi)核包括Arm Cortex-M0/M0+、Arm Cortex-M3、Arm Cortex-M4、Arm Cortex-M23以及Arm Cortex-M33，40nm為業(yè)界領(lǐng)先的工藝水平。

和其他類型的MCU市場類似，海外廠商如瑞薩電子、恩智浦、英飛凌、意法半導(dǎo)體、微芯科技和德州儀器等，占據(jù)著低功耗MCU較大市場份額。不過，包括兆易創(chuàng)新、華大半導(dǎo)體和中科芯蕊等在內(nèi)的中國MCU廠商正飛速崛起，同比增幅遠(yuǎn)超全球平均水平。特別值得一提的是，兆易創(chuàng)新已于行業(yè)首家推出了采用最新Arm Cortex-M23內(nèi)核、更先進(jìn)架構(gòu)、更優(yōu)能效水平、更具性價比的低功耗MCU產(chǎn)品系列。

微控制器(MCU)是終端產(chǎn)品中的核心控制元件，在方案開發(fā)和器件選型的過程中，MCU功耗水平是一項(xiàng)重要的衡量指標(biāo)。

為幫助用戶打造高效節(jié)能的終端產(chǎn)品，作為中國通用MCU領(lǐng)域的領(lǐng)跑者，兆易創(chuàng)新GD32 MCU家族再添新成員——GD32L233系列主流型低功耗MCU。

GD32L233系列

主流型低功耗MCU

● 通過采用業(yè)界領(lǐng)先的超低功耗制造工藝以及專門優(yōu)化的低功耗模擬IP集成，兆易創(chuàng)新為能效敏感的行業(yè)用戶提供了更多開發(fā)選擇。

重新定義低功耗MCU

在多領(lǐng)域、多場景高效節(jié)能需求的帶動下，全球低功耗MCU市場迎來重大發(fā)展機(jī)遇。根據(jù)知名市場研究機(jī)構(gòu)MarketsandMarkets的調(diào)查報(bào)告，全球低功耗MCU市場在2022年-2027年間預(yù)計(jì)將以10.3%的復(fù)合年增長率增長，2027年市場規(guī)模將達(dá)到79億美元。

GD32L233系列低功耗MCU的出現(xiàn)，讓用戶在性能和功耗之間有了更好的平衡，并通過豐富的外設(shè)資源和多樣化的封裝類型，使得產(chǎn)品創(chuàng)新不必再有妥協(xié)。

全新制程，全新理念

基于業(yè)界領(lǐng)先的超低功耗工藝制程，以及專門優(yōu)化的低功耗設(shè)計(jì)方案，GD32L233系列MCU的低功耗特性貫穿整個產(chǎn)品生命周期。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的模擬電路部分，為確保GD32L233系列MCU在實(shí)際應(yīng)用場景中具有出色的能效表現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)在低功耗下運(yùn)行的功能和外設(shè)，兆易創(chuàng)新研發(fā)工程師專門設(shè)計(jì)并優(yōu)化了GD32L233系列MCU產(chǎn)品內(nèi)部集成的模擬IP。

在產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的數(shù)字電路部分，通過采用包括多電壓域設(shè)計(jì)在內(nèi)的多種低功耗數(shù)字設(shè)計(jì)理念，GD32L233系列MCU進(jìn)一步降低了芯片內(nèi)閑置模塊所帶來的能量流失，進(jìn)而幫助用戶在產(chǎn)品端擁有優(yōu)異的功耗表現(xiàn)。

在產(chǎn)品內(nèi)核選擇上，GD32L233系列MCU繼續(xù)延用GD32家族行業(yè)領(lǐng)先的64MHz Cortex-M23處理器內(nèi)核，采用全新ARMv8體系架構(gòu)，配備獨(dú)立乘法器和除法器，擁有高度優(yōu)化的低功耗模式和系統(tǒng)部件，更加適合高效節(jié)能的嵌入式應(yīng)用。

這些針對低功耗所做的指向性設(shè)計(jì)，最終都通過業(yè)界領(lǐng)先的40nm超低功耗(ULP)制造技術(shù)呈現(xiàn)出來，并憑制造工藝本身在漏電流方面的優(yōu)化，讓GD32L233系列MCU在低功耗性能方面更出色。

高效節(jié)能，持久續(xù)航

依托全新的制程和創(chuàng)新的理念，GD32L233系列MCU能夠滿足嵌入式應(yīng)用場景中對電源/性能嚴(yán)苛的要求，在工作模式功耗、睡眠模式功耗、待機(jī)功耗和睡眠喚醒時間四大維度達(dá)到行業(yè)領(lǐng)先水平。具體表現(xiàn)如下：

?最高主頻(64MHz)全速工作模式下的功耗僅為66uA/MHz;

?深度睡眠(Deep-sleep)電流低至2uA;

?待機(jī)(Standby)電流最低只有0.4uA;

?喚醒時間低于10uS。

在1.7-3.6V芯片供電電壓下，GD32L233系列MCU能夠延長終端設(shè)備的電池使用壽命，進(jìn)而降低系統(tǒng)的維護(hù)成本。同時，為了適應(yīng)更復(fù)雜靈活的喚醒場景，GD32L233系列MCU支持多個喚醒源，包括Low power Timer、Low power UART、RTC、LCD以及標(biāo)準(zhǔn)I2C、USART等。

接口豐富，創(chuàng)新首選

作為主流型的低功耗MCU系列，GD32L233除了提供全面優(yōu)化、行業(yè)領(lǐng)先的低功耗性能，其他參數(shù)性能方面同樣出色。在MCU閃存和緩存配置上，集成了64KB-256KB的嵌入式eFlash和16KB-32KB的SRAM。

I/O和外設(shè)資源是GD32L233系列MCU又一大產(chǎn)品亮點(diǎn)，其GPIO復(fù)用率高達(dá)93%，可以更充分地利用有限的I/O資源，使得產(chǎn)品功能的豐富程度遠(yuǎn)超同封裝類型的MCU競品。

GD32L233還配備4個通用16位定時器、2個基本定時器和1個32位低功耗定時器，以及包括2個USART、2個UART、1個低功耗LPUART、3個I2C、2個SPI、1個I2S和1個USB 2.0 FS控制器在內(nèi)的豐富的通信接口。此外，在模擬外設(shè)上，集成了1個12位采樣率1M SPS的ADC、1個12位DAC和2個比較器、還可以直接驅(qū)動段碼LCD顯示并提供8*28段和4*32段兩種格式。

為了保障如此豐富的I/O和外設(shè)資源都能夠高效運(yùn)行，全新的多通道DMA(直接存儲器訪問)選擇器模塊(DMAMUX)的引入讓GD32L233系列MCU能夠靈活協(xié)調(diào)外設(shè)和DMA之間的路由，讓幾乎所有外設(shè)功能都可以和存儲器之間進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸。

GD32L233系列MCU產(chǎn)品組合和性能參數(shù)

豐富場景，一“芯”觸達(dá)

兆易創(chuàng)新GD32L233系列MCU藉由業(yè)界領(lǐng)先的超低功耗工藝制程，以行業(yè)領(lǐng)先的Arm Cortex-M23 32位處理器內(nèi)核，搭配專門優(yōu)化的低功耗IP，超高的GPIO復(fù)用率更讓新產(chǎn)品領(lǐng)跑行業(yè)。令眾多對能效敏感的典型嵌入式應(yīng)用能夠真正地做到高效節(jié)能、持久續(xù)航，典型應(yīng)用場景如工業(yè)表計(jì)、小型消費(fèi)電子設(shè)備、便攜式醫(yī)療設(shè)備、電池管理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)取?

低流待機(jī)，高速喚醒

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況來看，工業(yè)表計(jì)和數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)阮I(lǐng)域都具備規(guī)模巨大且高速增長的特點(diǎn)。以工業(yè)表計(jì)市場為例，根據(jù)知名市場調(diào)研機(jī)構(gòu)ReportLinker的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，在全球工業(yè)表計(jì)市場，僅智能電磁流量計(jì)2020年的市場規(guī)模就達(dá)到1387億美元，2025年將達(dá)到2360億美元，年復(fù)合增長率達(dá)11.2%。

在相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)方面，低功耗特性是MCU能夠應(yīng)用于這些領(lǐng)域的“敲門磚”。通過集成全新設(shè)計(jì)的電源管理單元，兆易創(chuàng)新GD32L233系列MCU提供包括部分睡眠、深度睡眠和按鍵喚醒等在內(nèi)的多達(dá)六種低功耗模式，讓設(shè)計(jì)人員無需為產(chǎn)品續(xù)航分心。

在相關(guān)設(shè)備的應(yīng)用方面，頻繁喚醒和休眠是工業(yè)表計(jì)和數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)葢?yīng)用領(lǐng)域的典型特征，如果MCU器件能夠幫助設(shè)備更好地契合這種狀態(tài)規(guī)律，設(shè)備的續(xù)航時間將更為長久。為幫助用戶解決這一設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，GD32L233系列MCU不僅擁有多個喚醒源，且喚醒時間低于10uS，保證設(shè)備能夠在運(yùn)轉(zhuǎn)和休眠狀態(tài)間自如的切換。

此外，為了方便人們從工業(yè)表計(jì)和數(shù)據(jù)采集與傳輸?shù)仍O(shè)備上獲取測量數(shù)據(jù)，人機(jī)界面(HMI)成為系統(tǒng)和用戶之間重要的交互媒介。GD32L233系列MCU支持段碼LCD顯示，并提供8*28段和4*32段兩種格式。通過對這種廣泛存在、簡單易用、小巧省電的顯示方式的支持，增加新系列MCU的適用范圍，并加快相關(guān)設(shè)備的設(shè)計(jì)開發(fā)。

高度集成，降低成本

隨著萬物互聯(lián)的時代來臨，智能家居產(chǎn)品的種類和出貨量呈現(xiàn)井噴式的增長。其中，智能門鎖作為代表性產(chǎn)品已被長租公寓、酒店地產(chǎn)、年輕消費(fèi)者等群體所廣泛地接受和采用。隨著智能家居產(chǎn)業(yè)的不斷滲透，智能門鎖將持續(xù)成為市場的主要需求之一。

目前，智能門鎖的銷售單價從幾百元到幾千元不等，伴隨著更多廠家涌入這個賽道，這一類設(shè)備的產(chǎn)品開發(fā)對器件的功耗、尺寸和集成度有著高要求。兆易創(chuàng)新GD32L233系列MCU的待機(jī)電流可低至0.4uA，豐富的標(biāo)準(zhǔn)和高級通信接口，以及高達(dá)93%的GPIO復(fù)用率，特別適用于智能門鎖主板上的主控MCU。

此外，兆易創(chuàng)新還提出了智能門鎖打包解決方案，包含3顆MCU、1顆指紋sensor以及1顆Flash。其中門鎖主板使用GD32L233系列低功耗MCU，無線通訊模組使用GD32W515系列Wi-Fi MCU，而指紋模組則集成了GD32FFPR系列專用MCU和GSL指紋傳感器，可幫助客戶快速完成產(chǎn)品開發(fā)。憑借著兆易創(chuàng)新不斷強(qiáng)化的成本優(yōu)勢，智能門鎖方案的總擁有成本將從中受益，進(jìn)而推出更具性價比的多合一開鎖產(chǎn)品，讓設(shè)備受到更多消費(fèi)者的歡迎。

規(guī)避風(fēng)險，安全運(yùn)行

在電池管理系統(tǒng)(BMS)中的應(yīng)用體現(xiàn)出GD32L233系列MCU在提高電池利用率和電壓異常保護(hù)方面的出色能力。電池管理系統(tǒng)又被稱為“電池管家”，負(fù)責(zé)監(jiān)控電池的狀態(tài)，管理和均衡各個電池單元，在通信網(wǎng)絡(luò)、物流冷鏈、新能源領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

根據(jù)Allied Market Research發(fā)布的分析報(bào)告，2019年全球電池管理系統(tǒng)市場規(guī)模為58.1億美元，2020年至2027年將以20.2%的復(fù)合年增長率快速增長，在2027年達(dá)到248.3億美元的市場規(guī)模。

為助力電池管理系統(tǒng)的快速發(fā)展，兆易創(chuàng)新GD32L233系列MCU集成多項(xiàng)創(chuàng)新功能，包括全功能日歷型RTC、可編程電壓監(jiān)測器(PVD)和可編程欠壓復(fù)位保護(hù)(BOR)等。從而在BMS系統(tǒng)的電池控制模塊(BCU)、電池電子模塊(BEU)、漏電檢測模塊(LDU)三大主要功能模塊中發(fā)揮重要作用，時刻監(jiān)控全系統(tǒng)和單模塊的電池電量，并在電壓異常時喚醒MCU，執(zhí)行編程好的保護(hù)程序。

為了幫助廣大開發(fā)者快速上手GD32L233系列MCU，與之配套的學(xué)習(xí)、開發(fā)工具也已經(jīng)同步推出，其中入門級學(xué)習(xí)套件有GD32L233C-START和GD32L233K-START，全功能評估板為GD32L233R-EVAL。兆易創(chuàng)新GD32L233系列MCU及配套工具均已量產(chǎn)出貨。

毫無疑問，憑借均衡出色的低功耗表現(xiàn)以及豐富的I/O和外設(shè)資源，GD32L233系列MCU能夠讓眾多嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域獲益，基于新系列MCU的設(shè)備在性能、功耗和成本方面都將極具優(yōu)勢。