EFM32HG350：低功耗微控制器的卓越之選

在當(dāng)今的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，低功耗、高性能的微控制器一直是工程師們追求的目標(biāo)。EFM32HG350作為一款備受矚目的微控制器，以其獨(dú)特的特性和強(qiáng)大的功能，在眾多應(yīng)用場景中展現(xiàn)出了卓越的性能。今天，我們就來深入了解一下這款“世界上最節(jié)能的微控制器”。

文件下載：EFM32HG350F32G-A-CSP36.pdf

一、產(chǎn)品概述

EFM32HG350采用了ARM Cortex - M0+ CPU平臺(tái)，具備高性能的32位處理器，最高運(yùn)行頻率可達(dá)25 MHz。它擁有豐富的外設(shè)和先進(jìn)的低功耗技術(shù)，非常適合電池供電的應(yīng)用以及對高性能和低能耗有要求的系統(tǒng)。

1.1 產(chǎn)品型號與配置

目前有EFM32HG350F32G - A - CSP36和EFM32HG350F64G - A - CSP36兩種型號可供選擇，它們的主要區(qū)別在于閃存和RAM的容量，分別為32/64 KB Flash和8/8 KB RAM，其他參數(shù)如最大速度、供電電壓和工作溫度范圍基本一致。

二、系統(tǒng)架構(gòu)與模塊分析

2.1 ARM Cortex - M0+核心

ARM Cortex - M0+核心包含一個(gè)32位RISC處理器，每MHz可實(shí)現(xiàn)高達(dá)0.9 Dhrystone MIPS的性能。同時(shí)，還集成了喚醒中斷控制器，能夠處理CPU休眠時(shí)觸發(fā)的中斷。

2.2 調(diào)試接口（DBG）

通過2引腳串行線調(diào)試接口和微跟蹤緩沖區(qū)（MTB）提供硬件調(diào)試支持，方便工程師進(jìn)行數(shù)據(jù)和指令跟蹤。

2.3 內(nèi)存系統(tǒng)控制器（MSC）

作為EFM32HG微控制器的程序存儲(chǔ)單元，閃存可由Cortex - M0+和DMA進(jìn)行讀寫操作。閃存分為主塊和信息塊，主塊用于存儲(chǔ)程序代碼，信息塊可用于存儲(chǔ)特殊用戶數(shù)據(jù)和閃存鎖定位。

2.4 直接內(nèi)存訪問控制器（DMA）

DMA控制器能夠獨(dú)立于CPU執(zhí)行內(nèi)存操作，減少了CPU的能耗和工作量，使系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸時(shí)能夠保持低能耗模式。

2.5 復(fù)位管理單元（RMU）

負(fù)責(zé)處理EFM32HG的復(fù)位功能，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.6 能量管理單元（EMU）

管理EFM32HG微控制器的所有低能耗模式，可控制CPU和各種外設(shè)的開啟和關(guān)閉，還能關(guān)閉未使用的SRAM塊的電源。

2.7 時(shí)鐘管理單元（CMU）

負(fù)責(zé)控制EFM32HG板載的振蕩器和時(shí)鐘，可單獨(dú)開啟或關(guān)閉所有外設(shè)模塊的時(shí)鐘，并對可用的振蕩器進(jìn)行配置，以實(shí)現(xiàn)能耗的最小化。

2.8 看門狗（WDOG）

在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)生成復(fù)位信號，提高應(yīng)用程序的可靠性，故障可能由外部事件（如ESD脈沖）或軟件故障引起。

2.9 外設(shè)反射系統(tǒng)（PRS）

是一個(gè)讓不同外設(shè)模塊直接相互通信的網(wǎng)絡(luò)，無需CPU參與。發(fā)送反射信號的外設(shè)模塊稱為生產(chǎn)者，PRS將這些信號路由到消費(fèi)者外設(shè)，消費(fèi)者外設(shè)根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)執(zhí)行相應(yīng)操作。

2.10 低能耗USB

提供符合全速USB 2.0標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備控制器和PHY，具有超低電流消耗。支持全速（12 MBit/s）和低速（1.5 MBit/s）操作，無需外部組件，在嚴(yán)格的電源預(yù)算下也能實(shí)現(xiàn)USB通信。

2.11 集成式電路接口（I2C）

提供MCU與串行I2C總線之間的接口，可作為主設(shè)備和從設(shè)備，支持多主總線，支持標(biāo)準(zhǔn)模式、快速模式和快速模式+速度，傳輸速率可達(dá)1 Mbit/s。

2.12 通用同步/異步收發(fā)器（USART）

是一個(gè)非常靈活的串行I/O模塊，支持全雙工異步UART通信以及RS - 485、SPI、MicroWire和3線通信，還可與ISO7816智能卡、IrDA和I2S設(shè)備接口。

2.13 預(yù)編程USB/UART引導(dǎo)加載程序

在工廠預(yù)編程，用戶無需調(diào)試器即可通過UART或USB CDC類虛擬UART對EFM32進(jìn)行編程。

2.14 低能耗通用異步收發(fā)器（LEUART）

是一種特殊的UART，可在嚴(yán)格的電源預(yù)算下實(shí)現(xiàn)雙向UART通信，僅需32.768 kHz時(shí)鐘即可支持高達(dá)9600波特/秒的通信速率。

2.15 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（TIMER）

16位通用定時(shí)器具有3個(gè)比較/捕獲通道，用于輸入捕獲和比較/PWM輸出，TIMER0還包含一個(gè)適用于電機(jī)控制應(yīng)用的死區(qū)插入模塊。

2.16 實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)器（RTC）

包含一個(gè)24位計(jì)數(shù)器，可由32.768 kHz晶體振蕩器或32.768 kHz RC振蕩器提供時(shí)鐘。除了EM0和EM1模式外，RTC在EM2模式下也可用，非常適合用于計(jì)時(shí)。

2.17 脈沖計(jì)數(shù)器（PCNT）

可用于對單個(gè)輸入的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)或解碼正交編碼輸入，可在能量模式EM0 - EM3下運(yùn)行。

2.18 模擬比較器（ACMP）

用于比較兩個(gè)模擬輸入的電壓，輸出數(shù)字信號指示哪個(gè)輸入電壓更高。輸入可以是可選的內(nèi)部參考電壓或外部引腳電壓，可通過改變比較器的電流供應(yīng)來配置響應(yīng)時(shí)間和電流消耗。

2.19 電壓比較器（VCMP）

用于通過軟件監(jiān)測電源電壓，當(dāng)電源電壓低于或高于可編程閾值時(shí)可產(chǎn)生中斷，同樣可通過改變比較器的電流供應(yīng)來配置響應(yīng)時(shí)間和電流消耗。

2.20 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）

采用逐次逼近寄存器（SAR）架構(gòu)，分辨率高達(dá)12位，采樣率可達(dá)每秒100萬次。集成的輸入多路復(fù)用器可從3個(gè)外部引腳和6個(gè)內(nèi)部信號中選擇輸入。

2.21 電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器（IDAC）

可提供或吸收可配置的恒定電流，電流可在0.05至64 μA之間選擇，輸出可連接到引腳或ADC。

2.22 高級加密標(biāo)準(zhǔn)加速器（AES）

可進(jìn)行128位的AES加密和解密，使用128位密鑰加密或解密一個(gè)128位數(shù)據(jù)塊僅需52個(gè)HFCORECLK周期。

2.23 通用輸入/輸出（GPIO）

EFM32HG350有22個(gè)通用輸入/輸出（GPIO）引腳，可單獨(dú)配置為輸出或輸入，還可進(jìn)行更高級的配置，如開漏、濾波和驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度。支持多達(dá)10個(gè)異步外部引腳中斷，輸入值可通過外設(shè)反射系統(tǒng)路由到其他外設(shè)。

三、電氣特性

3.1 測試條件

典型數(shù)據(jù)基于 (T{AMB}=25^{circ} C) 和 (V{DD}=3.0 ~V)，通過模擬和/或技術(shù)表征獲得。最小和最大值代表環(huán)境溫度、供電電壓和頻率的最壞情況。

3.2 絕對最大額定值

絕對最大額定值是應(yīng)力額定值，在此條件下不保證設(shè)備的功能正常運(yùn)行。超出規(guī)定范圍的應(yīng)力可能會(huì)影響設(shè)備的可靠性或?qū)е掠谰眯該p壞。

3.3 一般工作條件

工作溫度范圍為 -40 至 85 oC，供電電壓范圍為 1.98 至 3.8 V，APB和AHB總線的最大頻率為25 MHz。

3.4 電流消耗

3.5 能量模式轉(zhuǎn)換

不同能量模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間有所不同，例如從EM1到EM0的轉(zhuǎn)換時(shí)間為0個(gè)HF - CORE - CLK周期，從EM2到EM0的轉(zhuǎn)換時(shí)間為2 μs等。

3.6 電源管理

EFM32HG需要將AVDD_x、VDD_DREG和IOVDD_x引腳在PCB層面連接在一起（可選濾波），具體的原理圖建議可參考應(yīng)用筆記“AN0002 EFM32硬件設(shè)計(jì)考慮”。

3.7 閃存

閃存具有一定的擦除周期和數(shù)據(jù)保留特性，例如擦除周期可達(dá)20000次，在不同溫度下的數(shù)據(jù)保留時(shí)間也有所不同。

3.8 通用輸入輸出

GPIO引腳具有特定的輸入輸出電壓、電流和電阻特性，可根據(jù)不同的驅(qū)動(dòng)模式和負(fù)載條件進(jìn)行配置。

3.9 振蕩器

EFM32HG350支持多種振蕩器，包括LFXO、HFXO、LFRCO、HFRCO、AUXHFRCO、USHFRCO和ULFRCO，每種振蕩器都有其特定的頻率范圍、啟動(dòng)時(shí)間和電流消耗。

3.10 模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）

ADC具有特定的輸入電壓范圍、分辨率、采樣率和噪聲性能等參數(shù)，在不同的采樣率和參考電壓下，其信號噪聲比（SNR）和無雜散動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）也有所不同。

3.11 電流數(shù)模轉(zhuǎn)換器（IDAC）

IDAC可提供不同范圍的電流輸出，具有特定的電流步長、溫度系數(shù)和電壓系數(shù)。

3.12 模擬比較器（ACMP）

ACMP可比較兩個(gè)模擬輸入的電壓，具有可編程的偏置電流和滯后特性。

3.13 電壓比較器（VCMP）

VCMP用于監(jiān)測電源電壓，可配置觸發(fā)閾值和滯后特性。

3.14 I2C

支持標(biāo)準(zhǔn)模式（Sm）、快速模式（Fm）和快速模式+（Fm+），每種模式都有特定的時(shí)鐘頻率和時(shí)序要求。

3.15 USB

USB硬件通過了USB 2.0全速認(rèn)證，具體的測試報(bào)告將隨應(yīng)用筆記“AN0046 - USB硬件設(shè)計(jì)指南”發(fā)布。

3.16 數(shù)字外設(shè)

不同的數(shù)字外設(shè)（如USART、LEUART、I2C、TIMER等）在空閑狀態(tài)下具有不同的電流消耗。

四、引腳和封裝

4.1 引腳排列

EFM32HG350采用CSP36封裝，每個(gè)引腳具有多種功能，可通過配置實(shí)現(xiàn)不同的外設(shè)連接。

4.2 替代功能引腳排列

提供了豐富的替代功能，可通過配置LOCATION位域?qū)⒉煌墓δ軓?fù)用至各個(gè)引腳。

4.3 GPIO引腳概述

具體的GPIO引腳分布在不同的端口，每個(gè)端口可組織為16位端口。

4.4 CSP36封裝

CSP36封裝具有特定的尺寸和引腳布局，所有EFM32封裝均符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)，無溴（Br）和銻（Sb）。

五、PCB布局和焊接

5.1 推薦的PCB布局

提供了CSP36 PCB的焊盤圖案、阻焊層和鋼網(wǎng)設(shè)計(jì)的尺寸信息。

5.2 焊接信息

應(yīng)遵循最新的IPC/JEDEC J - STD - 020無鉛回流焊接建議。

六、芯片標(biāo)記、版本和勘誤

6.1 芯片標(biāo)記

芯片標(biāo)記包含芯片家族、版本、批次代碼、日期代碼和方向標(biāo)記等信息。

6.2 版本

可通過芯片標(biāo)記中的“Revision”字段確定芯片的版本。

6.3 勘誤

具體的設(shè)備勘誤信息可在Simplicity Studio和在線文檔中查看。

七、總結(jié)

EFM32HG350以其低功耗、高性能和豐富的外設(shè)功能，為電子工程師提供了一個(gè)優(yōu)秀的解決方案。無論是在能源計(jì)量、健康與健身應(yīng)用、智能配件還是工業(yè)和家庭自動(dòng)化等領(lǐng)域，都能發(fā)揮出其獨(dú)特的優(yōu)勢。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師們需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理配置和使用EFM32HG350的各個(gè)模塊，以達(dá)到最佳的性能和能耗平衡。你在使用EFM32HG350的過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見解。