市場研調機構 Transparency Market Research(TMR)預測,從 2013 到 2019 年,全球電源管理 IC 市場年復合成長率(CAGR)將達 6.1%,到 2019 年預估規模將成長到 460 億美元。同時隨著應用市場的變化,要求電源密度、能效更高、體積更小、更具有智能化、定制化等,從模擬轉換到數字電源成為大勢所趨。

 

“早在 2013 年我們就推出了 STM32F3 系列,主要是混合信號電源芯片。”意法半導體微控制器事業部數字電源及電機控制市場經理 Jean-Marc Mathieu 表示,“經過 6 年的市場驗證,我們從客戶那里得到了很多的反饋和意見,如今在 STM32F334 系列的基礎上進行迭代推出了 STM32G4 系列。”

 


左:意法半導體微控制器事業部數字電源及電機控制市場經理 Jean-Marc Mathieu
右:意法半導體大中華與南亞區微控制器產品市場經理彭祖年

 

STM32G4 的四大關鍵詞

Jean-Marc Mathieu 從性能、內置數模外設、安全、完整產品目錄四個方面介紹了 STMG4 系列的技術優勢:

 


STM32G4 系列的四大關鍵詞

 

Jean-Marc Mathieu 表示,“STM32G4 采用的是 Arm Cortex-M4 內核,主頻可以達到 170MHz,其高分辨率電源轉換定時器內置各種功能,能夠釋放 CPU 資源并簡化開發過程;模擬外設和轉換器的性能顯著提升;高速連接技術使外部事件響應速度更快;支持最新的 Power Delivery USB-C 接口,最大輸出功率 100W,能夠為設備快速或方便地充電。”

 

為了提升性能,STM32G4 系列增加了 3 種不同的硬件加速器,包括 ART 加速器(~動態緩存) ,實現全部代碼加速(提升平均性能);關鍵程序加速 CCM-SRAM (~靜態緩存) ,預配置確定性保障;數學加速器,涉及三角函數和數字濾波器。

 

在安全方面,STM32G4 系列采用雙 Bank Flash 支持 ECC,安全存儲區域可配置大小,用于存放密鑰等敏感信息;當退出時可配置為鎖定,應用程序無法再讀取或調試,適合用于存儲關鍵數據。而且保護固件安全實時升級;編程后調試訪問禁用功能可以降低威脅隱患;其它安全機制包括最先進的 AES-256 加密引擎、唯一設備 ID 碼和硬件隨機數生成器(TRNG)。這些安全功能使開發人員能夠應對最新的網絡安全挑戰。

STM32G4 產品系列具有豐富的外設資源

 

STM32G4 系列的目標應用市場是電機控制,例如:家電、電動自行車、空調;工業設備與測量儀器;高端消費應用,例如:可再充電設備、無人機、玩具;數字電源,例如:服務器、通信電源、EV 充電樁和充電站等。

 

架構從“DSP+模擬”到“MCU+DSP”遷移
傳統的數字電源控制器采用的是“DSP+模擬”架構,如今 STM32G4 系列采用的是“MCU+DSP”,這一架構遷移是否代表著未來的數字電源技術發展趨勢?Jean-Marc Mathieu 認為,在“DSP+模擬”架構中,用戶使用的資源都來自 DSP 廠商,相對比較封閉,實際上用戶更愿意使用通用內核,我們完善了內核系統性能中,隨著工藝的提升具備了 DSP 性能,并且整體功耗比 DSP 好。當數字電源要求功耗必須達到 98%時,設計者不得不考慮核心控制器系統的能耗,性能的提升會吸引用戶從私有內核轉向 ARM 內核。

 

從生態系統的角度來看,不管是從性能還是功耗,STM32G4 都不輸于 DSP,而且用戶還可以借助 ARM 生態系統開發有吸引力的產品,從硬件到軟件都可以更方便地獲取資源,解決技術問題,這是 ARM 生態系統和傳統 DSP 私有內核生態系統的最大不同。

 

Jean-Marc Mathieu 還指出,STM32G4 的 DSP 來自于 Cortex-M4,包含兩部分指令集:一部分是 DSP,一部分是浮點運算指令集,在模擬量的應用場景中會發揮優勢。

 

針對數字電源高中低端市場全覆蓋

 

 

隨著 STM32G4 系列的發布,STM32 產品線實現了數字電源市場高中低應用的全覆蓋。其中 STM32F334 采用 Cortex-M4 內核,配置 HRTIMer(全功能高精度定時器)v1 數字及模擬部分,精度達到 217ps,主要服務低端應用;STM32H743 采用 Cortex-M7 內核,計算能力更強,配置配置 HRTIMer v1 僅數字部分,精度 2ns,主要服務高端應用;STM32G4 系列是 STM32F3 的延續,可以滿足中端市場的應用。

 

Jean-Marc Mathieu 在演講中也表示,“針對數字電源應用,STM32G4 系列增強高精度定時器,填補了低端和高端之間的空白。但是 STMG4 系列并不是完全取代 STMF334,而是在 STMF334 的基礎上做了提升,覆蓋更復雜的數字電源應用場景。”

 

從 2014 年發布到針對數字電源的第一款產品 STM32F334,到 STM32G4 的誕生,ST 花費了 5 年的時間。Jean-Marc Mathieu 解釋,“在 2014 年發布第一款產品的時候,我們是數字電源主控市場的新來者,當時的市場被 DSP 產品壟斷,我需要把第一款產品先投放市場,中間花費了 3 年時間收集客戶反饋,又花費 2 年時間設計一個新的 IP,因此在 5 年后才推出了 SMT32G4 系列。”

 

從 2007 年到 2019 年,STM32 產品家族已經走過 12 年的歷程,在主流 MCU、高性能 MCU、無線 MCU、超低功耗 MCU,以及 MPU 上發布了十幾個系列產品,創新一直是 STM32 的源動力。

 

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