從“DSP+模擬”到“MCU+DSP”架構(gòu)，數(shù)字電源市場也走上變遷之路

市場研調(diào)機構(gòu) Transparency Market Research(TMR)預(yù)測，從 2013 到 2019 年，全球電源管理 IC 市場年復(fù)合成長率(CAGR)將達(dá) 6.1%，到 2019 年預(yù)估規(guī)模將成長到 460 億美元。同時隨著應(yīng)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(zhuǎn)換到數(shù)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?！?a class="article-link" target="_blank" href="/manufacturer/1000297/">意法半導(dǎo)體微控制器事業(yè)部數(shù)字電源及電機控制市場經(jīng)理 Jean-Marc Mathieu 表示，“經(jīng)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(chǔ)上進(jìn)行迭代推出了 STM32G4 系列?！?/p>

左：意法半導(dǎo)體微控制器事業(yè)部數(shù)字電源及電機控制市場經(jīng)理 Jean-Marc Mathieu
右：意法半導(dǎo)體大中華與南亞區(qū)微控制器產(chǎn)品市場經(jīng)理彭祖年

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STM32G4 的四大關(guān)鍵詞

Jean-Marc Mathieu 從性能、內(nèi)置數(shù)模外設(shè)、安全、完整產(chǎn)品目錄四個方面介紹了 STMG4 系列的技術(shù)優(yōu)勢：

STM32G4 系列的四大關(guān)鍵詞

Jean-Marc Mathieu 表示，“STM32G4 采用的是 Arm Cortex-M4 內(nèi)核，主頻可以達(dá)到 170MHz，其高分辨率電源轉(zhuǎn)換定時器內(nèi)置各種功能，能夠釋放 CPU 資源并簡化開發(fā)過程；模擬外設(shè)和轉(zhuǎn)換器的性能顯著提升；高速連接技術(shù)使外部事件響應(yīng)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(shè)備快速或方便地充電?！?/p>

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(tài)緩存) ，實現(xiàn)全部代碼加速(提升平均性能)；關(guān)鍵程序加速 CCM-SRAM (~靜態(tài)緩存) ，預(yù)配置確定性保障；數(shù)學(xué)加速器，涉及三角函數(shù)和數(shù)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(qū)域可配置大小，用于存放密鑰等敏感信息；當(dāng)退出時可配置為鎖定，應(yīng)用程序無法再讀取或調(diào)試，適合用于存儲關(guān)鍵數(shù)據(jù)。而且保護(hù)固件安全實時升級；編程后調(diào)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(jìn)的 AES-256 加密引擎、唯一設(shè)備 ID 碼和硬件隨機數(shù)生成器（TRNG）。這些安全功能使開發(fā)人員能夠應(yīng)對最新的網(wǎng)絡(luò)安全挑戰(zhàn)。

STM32G4 產(chǎn)品系列具有豐富的外設(shè)資源

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STM32G4 系列的目標(biāo)應(yīng)用市場是電機控制，例如：家電、電動自行車、空調(diào)；工業(yè)設(shè)備與測量儀器；高端消費應(yīng)用，例如：可再充電設(shè)備、無人機、玩具；數(shù)字電源，例如：服務(wù)器、通信電源、EV 充電樁和充電站等。

架構(gòu)從“DSP+模擬”到“MCU+DSP”遷移
傳統(tǒng)的數(shù)字電源控制器采用的是“DSP+模擬”架構(gòu)，如今 STM32G4 系列采用的是“MCU+DSP”，這一架構(gòu)遷移是否代表著未來的數(shù)字電源技術(shù)發(fā)展趨勢？Jean-Marc Mathieu 認(rèn)為，在“DSP+模擬”架構(gòu)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(nèi)核，我們完善了內(nèi)核系統(tǒng)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(dāng)數(shù)字電源要求功耗必須達(dá)到 98%時，設(shè)計者不得不考慮核心控制器系統(tǒng)的能耗，性能的提升會吸引用戶從私有內(nèi)核轉(zhuǎn)向 ARM 內(nèi)核。

從生態(tài)系統(tǒng)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(tài)系統(tǒng)開發(fā)有吸引力的產(chǎn)品，從硬件到軟件都可以更方便地獲取資源，解決技術(shù)問題，這是 ARM 生態(tài)系統(tǒng)和傳統(tǒng) DSP 私有內(nèi)核生態(tài)系統(tǒng)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(yīng)用場景中會發(fā)揮優(yōu)勢。

針對數(shù)字電源高中低端市場全覆蓋

隨著 STM32G4 系列的發(fā)布，STM32 產(chǎn)品線實現(xiàn)了數(shù)字電源市場高中低應(yīng)用的全覆蓋。其中 STM32F334 采用 Cortex-M4 內(nèi)核，配置 HRTIMer（全功能高精度定時器）v1 數(shù)字及模擬部分，精度達(dá)到 217ps，主要服務(wù)低端應(yīng)用；STM32H743 采用 Cortex-M7 內(nèi)核，計算能力更強，配置配置 HRTIMer v1 僅數(shù)字部分，精度 2ns，主要服務(wù)高端應(yīng)用；STM32G4 系列是 STM32F3 的延續(xù)，可以滿足中端市場的應(yīng)用。

Jean-Marc Mathieu 在演講中也表示，“針對數(shù)字電源應(yīng)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(chǔ)上做了提升，覆蓋更復(fù)雜的數(shù)字電源應(yīng)用場景?！?/p>

從 2014 年發(fā)布到針對數(shù)字電源的第一款產(chǎn)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(fā)布第一款產(chǎn)品的時候，我們是數(shù)字電源主控市場的新來者，當(dāng)時的市場被 DSP 產(chǎn)品壟斷，我需要把第一款產(chǎn)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(shè)計一個新的 IP，因此在 5 年后才推出了 SMT32G4 系列?！?/p>

從 2007 年到 2019 年，STM32 產(chǎn)品家族已經(jīng)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(fā)布了十幾個系列產(chǎn)品，創(chuàng)新一直是 STM32 的源動力。

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