全面解析，2023小华半导体全新动&静系列方案

shuszhao

从超低功耗电机控制MCU、通用MCU，到汽车MCU以及其他各类的芯片，在产品生态建设方面，小华半导体作为国内MCU行业的领先企业之一，在2023年推出了很多不错的MCU新品，而在2023年度小华半导体产品&技术交流会上，小华半导体技术支持总监钟升分享了“2023小华全新推出的动&静系列方案全面剖析”的主题演讲，本文也将以此为基础展开，共同探秘小华在MCU解决方案上的创新。

种类繁多、控制复杂的“动”系列——电机控制


从消费电子中手机的震动马达到航空领域飞机的起落架，从工业生产中常用的水泵、传送带，到汽车中的发动机、电动座椅、电动车窗，电机在现代社会中的应用十分广泛，种类纷繁复杂，因此控制方法也各不相同。
小华MCU电机算法有很多核心技术已经得到了广泛应用，例如在家电的风机、冰箱的压缩机等领域都拥有很多的成功案例，这主要归功于小华MCU电机算法所具有的优势特性：

[li]启动特性，小华的控制算法适用于静止启动、顺风启动、逆风启动工况，启动快速、平稳、参数依赖性小，这对于如室外风机这类的场景非常有用，可以克服外界自然风对于电机启动的影响。[/li][li]初始位置检测特性，采样方式支持单电阻采样和双电阻采样，启动平稳，能有效避免反转、抖动，对于风机类的应用来说经常容易反转或是启动不成功，小华的算法则可以保证很高的一次启动成功率。[/li][li]电子刹车特性，小华的算法支持短接制动、FOC制动两种方式，对于一些需要快速停机、有逆风启动的应用，可以有效地提高电机控制的安全性。[/li][li]FOC制动特性，这一特性能够满足低速区满扭矩输出特性，让刹车更加平稳快速，对于室外变频应用来说这是必须要支持的特性。[/li][li]单电阻采样及电流重构，无论是对于家电还是其他领域的电子产品，成本都是非常重要的考虑因素，通过采样母线电流，根据相序进行电流重构，实现单电阻采样，降低采样电路的成本，对于家电这一大量出货的领域，可以实现相当明显的降本效果。[/li]

为了更好的展示小华算法的优势，钟升现场还介绍了小华MCU电机算法两个不同的实际用例——高速风筒和步进马达。
小华的高速风筒解决方案采用HC32M120，具有2.7V~5.5V宽电压供电，适用于多种驱动平台，配置有专用电机定时器TIMER4，可硬件实现任意点触发ADC采样，而ARM Cortex-M0+的内核主频可达48MHz，FOC计算周期可以做到28us，24KHZ载频下也可保证足够时间裕量，内置2CH OPA，带宽高达10MHZ，压摆率5V/US，驱动能力为±30mA，可满足电机采样及电流快速响应的需求。
此方案可实现30cm距离测量，110000RPM全速运行时噪音仅75db，为行业中上水平，且启动稳定性好，一次启动成功率不低于99.7%，运行效率也很高，220VAC机种，110000RPM全速冷风档位运行，PCBA级实测输入功率为92W，优于主流友商方案，110VAC供电机种，也能达到电机额定转速，母线电压利用率非常高。

                               
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而对于步进马达控制方案，与风筒的PMSM(永磁同步马达)不同，多采用二相四线式主要用于3D打印机或数控机床，小华所介绍的3D打印机步进马达方案采用HC32F448，ARM Cortex-M4F的内核可达200MHz，最大256K flash及68K单周期高速RAM，达到了250DMIPS或680Coremark的运算性能，可满足双电机FOC控制需求，具有3个单元电机专用定时器TIMER4，每一路TIMER4均可硬件实现四路互补PWM驱动，满足二相四线式步进电机双H桥驱动需求。同时，还拥有高性能模拟外设，3单元12bit 2.5MSPS的ADC，2单元12bit的DAC，4单元电压比较器CMP，响应时间高达30ns。
该方案可替换传统的步进驱动SoC，架构灵活，选择面更广，基于MCU电机驱动算法优化灵活，对系统控制更加全面，在同样运行工况下，基于24V额定电压测试42步进电机，与Trinamic TMC2209步进电机驱动SOC方案横向对比，运行噪音及震动性能均优于对手，可满足3D打印市场的应用需求。

                               
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专为低功耗需求设计——小华的“静”系列


小华的低功耗MCU是专门为低功耗需求而设计的，其“休眠-唤醒-执行”的整个低功耗流程都进行了优化设计，在保持内部RAM数据的情况下，功耗最低为0.42uA，具有丰富且灵活的唤醒源，所有的IO中断，LPTIMER、LPUART、RTC、VC、LVD等外设都可以唤醒，唤醒时间短，4MHz时唤醒只需9uS，24MHz情况下最快唤醒只需4uS。并且小华低功耗MCU唤醒后代码可继续执行，不需要重新启动，响应速度快。相对于竞品，小华的产品无论是在最低功耗还是唤醒源、唤醒时间等方面都具有显著的优势，对此钟升分享了三个实际的应用案例：

智能门锁


采用HC32F005/HC32L110控制单元，功耗极低，低功耗模式Deep Sleep状态(RAM、Flash、寄存器保持、IO状态保持、IO中断唤醒MCU)功耗低至0.6 uA，使用4节2A干电池供电的智能锁，日常使用可超过1年，具有丰富的接口资源，便于扩充更多应用场景，内置的硬件真随机TRNG及AES256/192/128硬件协处理器方便加密，让使用更加安全，内置的电源低压监测LVD及POR，则让使用更加可靠。

                               
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智能燃气表


采用HC32L110/HC32L130计量单元，以及对于物联网更加友好的HC32L17x/HC32L19x主控单元，并且燃气表还增加了通信单元可以与云端进行对接通信，更好的完成智能化功能。该款智能燃气表通过无线通信的空中接口支持OTA空中下载技术，可实现对无线终端设备数据进行远程管理，支持差分升级技术，可以节省MCU内部资源空间、节省下载流程及下载和升级过程中的功耗，因此更加适合嵌入式。

                               
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智能量测开关


与前两项应用不同，这款智能量测开关采用的并非小华最新的产品，其采用的HC32F460已经上市良久，但仍旧是许多行业内客户的首选，这主要归功于这款MCU具有良好的预测性，能够根据需要提前为电力单元提供相应的资源支持。对于电力计量而言计时精度有着严格要求，需要RTC的时钟误差ppm在个位数以内，而常用的32.768KHz晶振的精度普遍在20ppm左右，且受温度影响偏移较大，虽然能使用带温补功能的RTC时钟芯片解决，但相对来说成本偏高。而如果使用小华MCU软件解决方案，在产品原有电路基础上，只需要在外围增加成本较低的温度传感器(数字型或者NTC)就可实现相同的功能。

                               
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总结

在活动的现场小华半导体提到，小华不仅能提供MCU产品，并且能提供整套电机控制算法，包括底层基本函数库、特定电机功能控制函数、特定电机类型控制方案、特定产品应用控制方案等，除了在本文中所着重展开介绍的小华静、动系列的产品和方案，小华半导体还布局了智、车共计四大系列产品线，未来还将新开拓SoC产品线，为客户提供更丰富的产品组合。

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