全面解析，2023小華半導(dǎo)體全新動&靜系列方案

從超低功耗電機(jī)控制MCU、通用MCU，到汽車MCU以及其他各類的芯片，在產(chǎn)品生態(tài)建設(shè)方面，小華半導(dǎo)體作為國內(nèi)MCU行業(yè)的領(lǐng)先企業(yè)之一，在2023年推出了很多不錯的MCU新品，而在2023年度小華半導(dǎo)體產(chǎn)品&技術(shù)交流會上，小華半導(dǎo)體技術(shù)支持總監(jiān)鐘升分享了“2023小華全新推出的動&靜系列方案全面剖析”的主題演講，本文也將以此為基礎(chǔ)展開，共同探秘小華在MCU解決方案上的創(chuàng)新。

種類繁多、控制復(fù)雜的“動”系列——電機(jī)控制

從消費電子中手機(jī)的震動馬達(dá)到航空領(lǐng)域飛機(jī)的起落架，從工業(yè)生產(chǎn)中常用的水泵、傳送帶，到汽車中的發(fā)動機(jī)、電動座椅、電動車窗，電機(jī)在現(xiàn)代社會中的應(yīng)用十分廣泛，種類紛繁復(fù)雜，因此控制方法也各不相同。

小華MCU電機(jī)算法有很多核心技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，例如在家電的風(fēng)機(jī)、冰箱的壓縮機(jī)等領(lǐng)域都擁有很多的成功案例，這主要歸功于小華MCU電機(jī)算法所具有的優(yōu)勢特性：

啟動特性，小華的控制算法適用于靜止啟動、順風(fēng)啟動、逆風(fēng)啟動工況，啟動快速、平穩(wěn)、參數(shù)依賴性小，這對于如室外風(fēng)機(jī)這類的場景非常有用，可以克服外界自然風(fēng)對于電機(jī)啟動的影響。

初始位置檢測特性，采樣方式支持單電阻采樣和雙電阻采樣，啟動平穩(wěn)，能有效避免反轉(zhuǎn)、抖動，對于風(fēng)機(jī)類的應(yīng)用來說經(jīng)常容易反轉(zhuǎn)或是啟動不成功，小華的算法則可以保證很高的一次啟動成功率。

電子剎車特性，小華的算法支持短接制動、FOC制動兩種方式，對于一些需要快速停機(jī)、有逆風(fēng)啟動的應(yīng)用，可以有效地提高電機(jī)控制的安全性。

FOC制動特性，這一特性能夠滿足低速區(qū)滿扭矩輸出特性，讓剎車更加平穩(wěn)快速，對于室外變頻應(yīng)用來說這是必須要支持的特性。

單電阻采樣及電流重構(gòu)，無論是對于家電還是其他領(lǐng)域的電子產(chǎn)品，成本都是非常重要的考慮因素，通過采樣母線電流，根據(jù)相序進(jìn)行電流重構(gòu)，實現(xiàn)單電阻采樣，降低采樣電路的成本，對于家電這一大量出貨的領(lǐng)域，可以實現(xiàn)相當(dāng)明顯的降本效果。

為了更好的展示小華算法的優(yōu)勢，鐘升現(xiàn)場還介紹了小華MCU電機(jī)算法兩個不同的實際用例——高速風(fēng)筒和步進(jìn)馬達(dá)。

小華的高速風(fēng)筒解決方案采用HC32M120，具有2.7V~5.5V寬電壓供電，適用于多種驅(qū)動平臺，配置有專用電機(jī)定時器TIMER4，可硬件實現(xiàn)任意點觸發(fā)ADC采樣，而ARM Cortex-M0+的內(nèi)核主頻可達(dá)48MHz，F(xiàn)OC計算周期可以做到28us，24KHZ載頻下也可保證足夠時間裕量，內(nèi)置2CH OPA，帶寬高達(dá)10MHZ，壓擺率5V/US，驅(qū)動能力為±30mA，可滿足電機(jī)采樣及電流快速響應(yīng)的需求。

此方案可實現(xiàn)30cm距離測量，110000RPM全速運行時噪音僅75db，為行業(yè)中上水平，且啟動穩(wěn)定性好，一次啟動成功率不低于99.7%，運行效率也很高，220VAC機(jī)種，110000RPM全速冷風(fēng)檔位運行，PCBA級實測輸入功率為92W，優(yōu)于主流友商方案，110VAC供電機(jī)種，也能達(dá)到電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，母線電壓利用率非常高。

而對于步進(jìn)馬達(dá)控制方案，與風(fēng)筒的PMSM（永磁同步馬達(dá)）不同，多采用二相四線式主要用于3D打印機(jī)或數(shù)控機(jī)床，小華所介紹的3D打印機(jī)步進(jìn)馬達(dá)方案采用HC32F448，ARM Cortex-M4F的內(nèi)核可達(dá)200MHz，最大256K flash及68K單周期高速RAM，達(dá)到了250DMIPS或680Coremark的運算性能，可滿足雙電機(jī)FOC控制需求，具有3個單元電機(jī)專用定時器TIMER4，每一路TIMER4均可硬件實現(xiàn)四路互補PWM驅(qū)動，滿足二相四線式步進(jìn)電機(jī)雙H橋驅(qū)動需求。同時，還擁有高性能模擬外設(shè)，3單元12bit 2.5MSPS的ADC，2單元12bit的DAC，4單元電壓比較器CMP，響應(yīng)時間高達(dá)30ns。

該方案可替換傳統(tǒng)的步進(jìn)驅(qū)動SoC，架構(gòu)靈活，選擇面更廣，基于MCU電機(jī)驅(qū)動算法優(yōu)化靈活，對系統(tǒng)控制更加全面，在同樣運行工況下，基于24V額定電壓測試42步進(jìn)電機(jī)，與Trinamic TMC2209步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動SOC方案橫向?qū)Ρ龋\行噪音及震動性能均優(yōu)于對手，可滿足3D打印市場的應(yīng)用需求。

專為低功耗需求設(shè)計——小華的“靜”系列

小華的低功耗MCU是專門為低功耗需求而設(shè)計的，其“休眠-喚醒-執(zhí)行”的整個低功耗流程都進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，在保持內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)的情況下，功耗最低為0.42uA，具有豐富且靈活的喚醒源，所有的IO中斷，LPTIMER、LPUART、RTC、VC、LVD等外設(shè)都可以喚醒，喚醒時間短，4MHz時喚醒只需9uS，24MHz情況下最快喚醒只需4uS。并且小華低功耗MCU喚醒后代碼可繼續(xù)執(zhí)行，不需要重新啟動，響應(yīng)速度快。相對于競品，小華的產(chǎn)品無論是在最低功耗還是喚醒源、喚醒時間等方面都具有顯著的優(yōu)勢，對此鐘升分享了三個實際的應(yīng)用案例：

智能門鎖

采用HC32F005/HC32L110控制單元，功耗極低，低功耗模式Deep Sleep狀態(tài)（RAM、Flash、寄存器保持、IO狀態(tài)保持、IO中斷喚醒MCU）功耗低至0.6 uA，使用4節(jié)2A干電池供電的智能鎖，日常使用可超過1年，具有豐富的接口資源，便于擴(kuò)充更多應(yīng)用場景，內(nèi)置的硬件真隨機(jī)TRNG及AES256/192/128硬件協(xié)處理器方便加密，讓使用更加安全，內(nèi)置的電源低壓監(jiān)測LVD及POR，則讓使用更加可靠。

智能燃?xì)獗?/p>

采用HC32L110/HC32L130計量單元，以及對于物聯(lián)網(wǎng)更加友好的HC32L17x/HC32L19x主控單元，并且燃?xì)獗磉€增加了通信單元可以與云端進(jìn)行對接通信，更好的完成智能化功能。該款智能燃?xì)獗硗ㄟ^無線通信的空中接口支持OTA空中下載技術(shù)，可實現(xiàn)對無線終端設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程管理，支持差分升級技術(shù)，可以節(jié)省MCU內(nèi)部資源空間、節(jié)省下載流程及下載和升級過程中的功耗，因此更加適合嵌入式。

智能量測開關(guān)

與前兩項應(yīng)用不同，這款智能量測開關(guān)采用的并非小華最新的產(chǎn)品，其采用的HC32F460已經(jīng)上市良久，但仍舊是許多行業(yè)內(nèi)客戶的首選，這主要歸功于這款MCU具有良好的預(yù)測性，能夠根據(jù)需要提前為電力單元提供相應(yīng)的資源支持。對于電力計量而言計時精度有著嚴(yán)格要求，需要RTC的時鐘誤差ppm在個位數(shù)以內(nèi)，而常用的32.768KHz晶振的精度普遍在20ppm左右，且受溫度影響偏移較大，雖然能使用帶溫補功能的RTC時鐘芯片解決，但相對來說成本偏高。而如果使用小華MCU軟件解決方案，在產(chǎn)品原有電路基礎(chǔ)上，只需要在外圍增加成本較低的溫度傳感器（數(shù)字型或者NTC）就可實現(xiàn)相同的功能。

總結(jié)

在活動的現(xiàn)場小華半導(dǎo)體提到，小華不僅能提供MCU產(chǎn)品，并且能提供整套電機(jī)控制算法，包括底層基本函數(shù)庫、特定電機(jī)功能控制函數(shù)、特定電機(jī)類型控制方案、特定產(chǎn)品應(yīng)用控制方案等，除了在本文中所著重展開介紹的小華靜、動系列的產(chǎn)品和方案，小華半導(dǎo)體還布局了智、車共計四大系列產(chǎn)品線，未來還將新開拓SoC產(chǎn)品線，為客戶提供更豐富的產(chǎn)品組合。