Renesas 的 RA0E1 MCU 輕鬆解決設計的性價比難題

對於電子應用而言，若想取得核准並成功開發，可能就要對成本錙銖必較。因此，工程師在選擇合適的微控制器單元 (MCU) 時，經常面臨艱巨的挑戰，他們需要在效能和價格之間尋求平衡點。Renesas Electronics Corporation 針對成本敏感型嵌入式應用推出搭載 Arm® 的超低功率 MCU，有助於工程師更輕鬆做出決策。

開發低成本的節能應用為工程師帶來巨大壓力，這絕非誇大。市場競爭、消費者和企業客戶的期望，以及創新步伐的加快，全都會增加風險，若影響成品成本或 MCU 效能的估算導致毫釐之差，均會使產品失敗。

雖然 MCU 不過是一個元件，但能大幅影響整體系統成本。以每件產品的價格相差 50 美分為例，若計劃生產 100,000 件最終產品，則總增加成本達 50,000 美元。

這還可能只是冰山一角：除了 MCU 的實際單位成本外，開發人員還必須考慮各種可能影響專案預算的隱藏成本因素，例如：

• 軟體工具和開發環境的授權費用
• 訓練時間
• 測試與故障排除
• 對周邊裝置元件的需求
• 韌體開發
• 電源管理
• 合規和認證

即使生產規模較小，MCU 價差所導致的整體差異可能不大，但由於僅有少量生產單位可攤銷成本，所以相關的額外成本通常會相對較高。這可能會讓專案不易取得核准。

在選擇合適的 MCU 時，功耗和熱管理也會增加選擇的複雜性。

MCU 的功耗越高，設計人員就越可能需要為行動式和可攜式應用提供額外的元件，甚至是更昂貴的電池。同樣地，功耗越高，產生的熱量就越多，如此可能需要使用額外的冷卻技術。

沒有人願意為了不必要的效能，花更多錢去購買額外的元件。但也沒有人希望自己開發的應用，在部署後卻效能不佳。因此，在成本和效能之間尋得最佳的平衡點會決定應用的成敗。

達到最佳平衡點

選擇 MCU 時，顯然要能滿足所規劃應用的特定特性和功能要求。但同時也要能滿足預算要求，特別是對價格敏感的應用。這就需要在效能、功耗和整合式周邊裝置等方面，找到最佳的平衡。

在價格方面，有些應用更為敏感。例如，家用 IoT 元件通常面臨激烈的價格競爭壓力，反映出消費者期望買到低成本元件。工業自動化應用則通常需要更強大、更可靠的元件，用於無人值守環境，但依然可能在價格和其他考量因素方面，面臨競爭壓力。

要在價格和效能之間找到適當的平衡點，首先要選擇適當的 MCU，既要能滿足效能要求、更加節能，又要能為應用設計人員提供靈活性。

一般而言，更高效能的應用可以提供更高的處理能力和更高的時脈速度，並能完成更複雜的任務。這些更昂貴的 MCU 通常包含多個整合式周邊裝置，因而減少對增添元件的需求，但其在軟體開發和偵錯方面的費用往往更高。

而專為成本敏感型應用所設計的 MCU，通常包含較少的整合式周邊裝置和有限的記憶體，設計靈活性也較低。但這類 MCU 具有低功耗和長電池續航力的優點。

Renesas 針對價格敏感型應用推出功能豐富的 MCU

為了簡化低成本應用的選擇過程，Renesas 推出 RA0E1 系列 MCU。此系列 MCU 功能豐富，功耗極低且周邊裝置經過最佳化，可讓開發人員在縮減物料清單的同時增強其設計。

RA0E1 MCU 係針對成本敏感型應用市場所設計，採用高能效 Arm Cortx-M23 核心以及一套令人驚艷的整合式計時器、序列通訊、類比和安全功能。

Arm Cortex-M23 是一款入門級 32 位元處理器，專為節能應用所設計。這款 MPU 核心採用了易於學習和編程的簡單架構，並整合 Arm 的 TrustZone 安全技術、偵錯及追蹤功能，可診斷並最佳化應用，同時還支援節能的低功率模式。

RA0E1 在主動模式下消耗 84.3 μA/MHz 的電流，在睡眠模式下則消耗 0.82 mA，因此非常適合電池供電和能源敏感型應用。其功能集豐富且高效率，適用於各種應用，包括消費電子、工業自動化、安全 IoT 裝置、大樓自動化以及小型家電等。

RA0E1 的供電電壓範圍為 1.6 V 至 5.5 V，因此設計人員可在 5 V 系統中直接採用此元件，而無需使用位準移位器或穩壓器。此外，RA0E1 還整合高精密度晶片上振盪器，可避免設計人員在設計中添加單獨的振盪器。此振盪器不僅能提高鮑率的準確度，還能在 -40°C 到 105°C 的環境中保持 ±1.0% 的精密度。

這些 MCU 將多種功能整合到單一晶片，可大幅減少對額外元件的需求。此整合不僅簡化設計，還減少 PCB 覆蓋區，進而有效降低整體系統成本。為了進一步減少對外部周邊裝置的需求，RA0E1 整合多個組件，包括：

• 高達 64 KB 的整合式程式碼快閃記憶體和 12 KB 的高速 SRAM (含同位位元)
• 類比周邊裝置，含 12 位元 ADC、溫度感測器和內部參考電壓
• 通訊周邊裝置，含 3 個 UART 介面、1 個異步 UART 介面、3 個簡化的序列周邊裝置介面 (SPI)、1 個內部整合電路 (IIC) 和 3 個簡化的 IIC
• 安全功能，含 SRAM 同位檢查、無效記憶體存取偵測、頻率偵測、A/D 測試、不可變儲存、CRC 計算器和暫存器寫入保護
• 保全功能，含唯一識別碼、真實亂數產生器 (TRNG) 和快閃記憶體讀取保護

開發環境和向上相容性

Renesas 為開發人員提供一個通用的設計環境，稱為靈活軟體套件，其中包括即用型驅動器、Azure RTOS、FreeRTOS 以及其他中介軟體堆疊。此外，Renesas 還為開發人員提供一條路徑，允許其將應用遷移到功能更強大的 RA MCU。

其 ARM 核心具有高度相容性。Cortex-M23 採用 Armv8-M 指令集，可與其他 Cortex-M 核心架構使用的指令集相容。

在引腳和周邊裝置上，Renesas RA01E MCU 與 Renesas RA2E1 系列 MCU 完全相容，後者搭載 48 MHz Arm Cortex-M23 核心，並整合高達 128 KB 的程式碼快閃記憶體和 16 KB SRAM。因此，採用 RA0E1 的設計可以輕鬆升級到更高效能的 MCU。

此外，Renesas 還推出 FPB-RA0E1 快速原型開發板 (圖 1)，可用於評估、設計原型和開發 RA0E1 MCU 型應用。

圖 1：FPB-RA0E1 板，可用於開發 RA0E1 微控制器應用的原型。(圖片來源：Renesas)

此評估板包含一個 Arduino UNO R3 介面和兩個 Pmod 連接器。此外，開發人員還可以使用內建的 SEGGER J-Link™ 模擬器電路進行程式的寫入和偵錯，而無需使用其他工具。

結論

Renesas 的 RA01E MCU 提供了一套令人驚艷的功能和整合式周邊裝置，可用於開發超低功率的成本敏感型應用，而不會影響性價比。此 MCU 具有多種連接選項和豐富而全面的開發生態系統，不僅能幫助開發人員輕鬆開發應用，有效降低物料清單成本，同時還允許開發人員未來將應用遷移到功能更強大的元件。