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(chǎng)需求，集成各種功能器件到產(chǎn)品中，對(duì)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(gè)細(xì)分市場(chǎng)，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(duì)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(duì)的市場(chǎng)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(lèi)型的MCU市場(chǎng)類(lèi)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(chǎng)份額。不過(guò)，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(guó)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?xún)r(jià)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(kāi)發(fā)和器件選型的過(guò)程中，MCU功耗水平是一項(xiàng)重要的衡量指標(biāo)。

為幫助用戶(hù)打造高效節(jié)能的終端產(chǎn)品，作為中國(guó)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(guò)采用業(yè)界領(lǐng)先的超低功耗制造工藝以及專(zhuān)門(mén)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(hù)提供了更多開(kāi)發(fā)選擇。

重新定義低功耗MCU

在多領(lǐng)域、多場(chǎng)景高效節(jié)能需求的帶動(dòng)下，全球低功耗MCU市場(chǎng)迎來(lái)重大發(fā)展機(jī)遇。根據(jù)知名市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)MarketsandMarkets的調(diào)查報(bào)告，全球低功耗MCU市場(chǎng)在2022年-2027年間預(yù)計(jì)將以10.3%的復(fù)合年增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，2027年市場(chǎng)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(hù)在性能和功耗之間有了更好的平衡，并通過(guò)豐富的外設(shè)資源和多樣化的封裝類(lèi)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(zhuān)門(mén)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(gè)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(chǎng)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(zhuān)門(mén)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(guò)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(lái)的能量流失，進(jìn)而幫助用戶(hù)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(duì)低功耗所做的指向性設(shè)計(jì)，最終都通過(guò)業(yè)界領(lǐng)先的40nm超低功耗(ULP)制造技術(shù)呈現(xiàn)出來(lái)，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(chǎng)景中對(duì)電源/性能?chē)?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(shí)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(shí)間低于10uS。

在1.7-3.6V芯片供電電壓下，GD32L233系列MCU能夠延長(zhǎng)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(shí)，為了適應(yīng)更復(fù)雜靈活的喚醒場(chǎng)景，GD32L233系列MCU支持多個(gè)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(lèi)型的MCU競(jìng)品。

GD32L233還配備4個(gè)通用16位定時(shí)器、2個(gè)基本定時(shí)器和1個(gè)32位低功耗定時(shí)器，以及包括2個(gè)USART、2個(gè)UART、1個(gè)低功耗LPUART、3個(gè)I2C、2個(gè)SPI、1個(gè)I2S和1個(gè)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(gè)12位采樣率1M SPS的ADC、1個(gè)12位DAC和2個(gè)比較器、還可以直接驅(qū)動(dòng)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(chǔ)器訪問(wèn))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(chǔ)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(chǎng)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(zhuān)門(mén)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(duì)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(chǎng)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?/p>

低流待機(jī)，高速喚醒

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況來(lái)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(zhǎng)的特點(diǎn)。以工業(yè)表計(jì)市場(chǎng)為例，根據(jù)知名市場(chǎng)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(chǎng)，僅智能電磁流量計(jì)2020年的市場(chǎng)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(zhǎng)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(mén)磚”。通過(guò)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(wú)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(shí)間將更為長(zhǎng)久。為幫助用戶(hù)解決這一設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，GD32L233系列MCU不僅擁有多個(gè)喚醒源，且喚醒時(shí)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(cè)量數(shù)據(jù)，人機(jī)界面(HMI)成為系統(tǒng)和用戶(hù)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(guò)對(duì)這種廣泛存在、簡(jiǎn)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(kāi)發(fā)。

高度集成，降低成本

隨著萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代來(lái)臨，智能家居產(chǎn)品的種類(lèi)和出貨量呈現(xiàn)井噴式的增長(zhǎng)。其中，智能門(mén)鎖作為代表性產(chǎn)品已被長(zhǎng)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(mén)鎖將持續(xù)成為市場(chǎng)的主要需求之一。

目前，智能門(mén)鎖的銷(xiāo)售單價(jià)從幾百元到幾千元不等，伴隨著更多廠家涌入這個(gè)賽道，這一類(lèi)設(shè)備的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)對(duì)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(jí)通信接口，以及高達(dá)93%的GPIO復(fù)用率，特別適用于智能門(mén)鎖主板上的主控MCU。

此外，兆易創(chuàng)新還提出了智能門(mén)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(mén)鎖主板使用GD32L233系列低功耗MCU，無(wú)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(zhuān)用MCU和GSL指紋傳感器，可幫助客戶(hù)快速完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。憑借著兆易創(chuàng)新不斷強(qiáng)化的成本優(yōu)勢(shì)，智能門(mén)鎖方案的總擁有成本將從中受益，進(jìn)而推出更具性?xún)r(jià)比的多合一開(kāi)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(xiǎn)，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(chēng)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(gè)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(chǎng)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(zhǎng)率快速增長(zhǎng)，在2027年達(dá)到248.3億美元的市場(chǎng)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(cè)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(cè)模塊(LDU)三大主要功能模塊中發(fā)揮重要作用，時(shí)刻監(jiān)控全系統(tǒng)和單模塊的電池電量，并在電壓異常時(shí)喚醒MCU，執(zhí)行編程好的保護(hù)程序。

為了幫助廣大開(kāi)發(fā)者快速上手GD32L233系列MCU，與之配套的學(xué)習(xí)、開(kāi)發(fā)工具也已經(jīng)同步推出，其中入門(mén)級(jí)學(xué)習(xí)套件有GD32L233C-START和GD32L233K-START，全功能評(píng)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(wú)疑問(wèn)，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(shì)。

原文標(biāo)題：創(chuàng)新設(shè)計(jì)提供出色能效，GD32 MCU瞄準(zhǔn)低功耗應(yīng)用場(chǎng)景

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審核編輯：湯梓紅