Renesas RA0E1 MCU verlicht de prijs-versus-prestatie ontwerpuitdaging

"Groen licht' goedkeuring en het succes van elektronische toepassingen kan een kwestie van centen zijn. Daarom worden ingenieurs die de juiste microcontroller unit (MCU) kiezen vaak geconfronteerd met de ondraaglijke uitdaging om een evenwicht te vinden tussen prestaties en prijs. Renesas Electronics Corporation wil die keuze gemakkelijker maken met een Arm®-gebaseerde MCU met laag stroomverbruik gericht op kostengevoelige embedded toepassingen.

Het is moeilijk om de druk op ingenieurs te overschatten om energiezuinige, goedkope toepassingen te ontwikkelen. Concurrentiekwesties, de verwachtingen van consumenten en zakelijke klanten en het snelle innovatietempo vergroten de kans dat zelfs een kleine misrekening in de kosten van het eindproduct of de prestaties van de MCU het succes kan ondermijnen.

Een MCU is slechts één onderdeel, maar het is van cruciaal belang bij het bepalen van de totale systeemkosten. Bedenk dat een prijsverschil van 50 cent per eenheid kan oplopen tot 50.000 dollar extra voor een geplande productie van 100.000 eindproducten.

Dat is misschien nog maar het topje van de ijsberg: Naast de werkelijke kosten per eenheid van de MCU, moeten ontwikkelaars rekening houden met een verscheidenheid aan potentiële verborgen kostenfactoren die van invloed kunnen zijn op projectbudgetten, zoals:

• Licentiekosten voor softwaretools en ontwikkelomgevingen
• Trainingstijd
• Testen en problemen oplossen
• Behoefte aan randapparatuur
• Firmware maken
• Voedingsbeheer
• Naleving en certificering

Zelfs voor veel kleinere productieseries, waarbij het prijsverschil tussen MCU's misschien niet zo groot is, zullen de gerelateerde extra kosten vaak relatief duurder zijn door de afschrijving over een kleiner aantal productie-eenheden. Dat kan de goedkeuring van het project onmogelijk maken.

Stroomverbruik en thermisch beheer kunnen de selectie van de juiste MCU bemoeilijken.

Hoe meer stroom de MCU verbruikt, hoe waarschijnlijker het is dat de ontwerper extra componenten en mogelijk duurdere batterijen nodig heeft voor mobiele en draagbare toepassingen. Evenzo geldt dat hoe meer stroom er wordt verbruikt, hoe meer warmte er wordt gegenereerd, waardoor wellicht extra koeltechnieken nodig zijn.

Niemand wil te veel betalen voor onderdelen die meer prestaties leveren dan nodig. Maar ze willen ook geen applicatie maken die ondermaats presteert wanneer deze wordt ingezet. Daarom kan het bereiken van de optimale balans tussen kosten en prestaties het succes van een applicatie maken of breken.

De optimale balans bereiken

De keuze van de MCU moet uiteraard voldoen aan de specifieke kenmerken en functionaliteitseisen van de geplande toepassing. Maar het moet ook binnen het gewenste budget passen, vooral als het gaat om een prijsgevoelige toepassing. Daarvoor moet de optimale mix van prestaties, stroomverbruik en geïntegreerde randapparatuur worden gevonden.

Sommige toepassingen zijn prijsgevoeliger dan andere. IoT-apparaten voor thuis, bijvoorbeeld, hebben vaak te maken met hevige prijsdruk van de concurrentie, als gevolg van de verwachtingen van de consument voor goedkopere apparaten. Industriële automatiseringstoepassingen vereisen over het algemeen robuustere en zeer betrouwbare apparaten voor vaak onbemand gebruik, maar concurreren waarschijnlijk nog steeds op prijs en andere overwegingen.

Het vinden van de juiste balans tussen prijs en prestaties begint met het selecteren van de juiste MCU die voldoet aan de prestatie-eisen, energiezuinig is en flexibiliteit biedt voor applicatieontwerpers.

Toepassingen met hogere prestaties leveren meestal meer verwerkingskracht, hogere kloksnelheden en de mogelijkheid om complexere taken uit te voeren. Deze duurdere MCU's bevatten meestal meerdere geïntegreerde randapparaten, waardoor er minder extra componenten nodig zijn, maar de kosten voor softwareontwikkeling en foutopsporing zijn vaak hoger.

MCU's die zijn ontworpen voor kostengevoelige toepassingen gaan vaak gepaard met de last van minder geïntegreerde randapparaten, beperkt geheugen en verminderde ontwerpflexibiliteit. Ze bieden echter wel het voordeel van een lager energieverbruik en een langere levensduur van de batterij.

Renesas biedt functierijke MCU's voor prijsgevoelige toepassingen

Om het selectieproces voor goedkope toepassingen te vereenvoudigen, biedt Renesas de RA0E1-groep, een functierijke MCU met extreem laag stroomverbruik en geoptimaliseerde randapparatuur, die ontwikkelaars een manier biedt om hun ontwerpen te verbeteren voor een lagere materiaallijst.

De RA0E1 MCU's zijn gebouwd met een energiezuinige Arm Cortex-M23-core en een indrukwekkende reeks geïntegreerde timers, seriële communicatie, analoge functies en beveiligings- en veiligheidsfuncties en zijn rechtstreeks gericht op de markt voor kostengevoelige toepassingen.

De Arm Cortex-M23 is ontworpen als een instapmodel 32-bits processor voor een energiezuinige werking. Met een eenvoudige architectuur die gemakkelijk te leren en te programmeren is, bevat deze MPU-core Arm's TrustZone-beveiligingstechnologie, debug- en traceerfuncties voor het diagnosticeren en optimaliseren van toepassingen, en ondersteuning voor energiezuinige stroommodi.

De RA0E1 verbruikt 84,3 μA/MHz stroom in actieve modus en 0,82 mA in slaapmodus, waardoor hij uitermate geschikt is voor batterijgevoede en energiegevoelige toepassingen. De functieset biedt veelzijdigheid en efficiëntie voor diverse toepassingen, waaronder consumentenelektronica, industriële automatisering, beveiligde IoT-apparaten, gebouwautomatisering en kleine apparaten.

Met een voedingsspanning van 1,6 V tot 5,5 V kunnen ontwerpers de RA0E1 gebruiken zonder een niveauregelaar of spanningsregelaar te hoeven gebruiken in 5 V-systemen. De RA0E1 bevat ook een on-chip oscillator met hoge precisie, zodat ontwerpers geen aparte oscillator aan hun ontwerpen hoeven toe te voegen. De oscillator verbetert de nauwkeurigheid van de baudsnelheid en handhaaft een nauwkeurigheid van ±1,0% in omgevingen van -40 °C tot 105 °C.

MCU's die meerdere functies op één chip combineren, kunnen de behoefte aan extra componenten drastisch verminderen. Deze integratie vereenvoudigt het ontwerp, verkleint de PCB-voetafdruk en verlaagt uiteindelijk de totale systeemkosten. Om externe randapparatuur tot een minimum te beperken, zijn in de RA0E1 talloze componenten geïntegreerd, waaronder:

• Tot 64 KB geïntegreerd codeflashgeheugen en 12 KB snel SRAM met pariteitsbit
• Analoge randapparatuur, waaronder een 12-bits ADC, een temperatuursensor en een interne referentiespanning
• Communicatierandapparatuur, waaronder 3 UART-interfaces, 1 async UART-interface, 3 vereenvoudigde seriële randapparatuurinterfaces (SPI's), 1 intergeïntegreerd circuit (IIC) en 3 vereenvoudigde IIC's
• Veiligheidsfuncties, waaronder SRAM-pariteitscontrole, detectie van ongeldige geheugentoegang, frequentiedetectie, A/D-test, onveranderlijke opslag, een CRC-calculator en schrijfbescherming voor registers
• Beveiligingsfuncties zoals een unieke ID, een True Random Number Generator (TRNG) en flash-leesbescherming

De ontwikkelomgeving en opwaartse compatibiliteit

Renesas biedt ontwikkelaars een gemeenschappelijke ontwerpomgeving, het Flexible Software Package, dat productieklare drivers, Azure RTOS, FreeRTOS en andere middleware-stacks bevat. Het biedt ontwikkelaars ook een manier om hun toepassingen te migreren naar krachtigere RA MCU's.

Armkernen hebben een hoge mate van compatibiliteit. De Cortex-M23 gebruikt de Armv8-M-instructieset, die compatibel is met instructiesets die door andere Cortex-M-corearchitecturen worden gebruikt.

De Renesas RA01E MCU's zijn pin- en periferiecompatibel met de Renesas RA2E1-lijn van MCU's, die zijn gebouwd rond een 48 MHz Arm Cortex-M23-core die tot 128 KB codeflash en 16 KB SRAM bevat. Dit biedt de mogelijkheid om ontwerpen die gebouwd zijn op de RA0E1 te upgraden naar MCU's met hogere prestaties.

Renesas biedt ook het FPB-RA0E1 Fast Prototyping Board (Afbeelding 1) voor het evalueren, prototypen en ontwikkelen van RA0E1 MCU-gebaseerde toepassingen.

Afbeelding 1: Het FPB-RA0E1-bord voor prototypes van RA0E1-microcontrollertoepassingen. (Bron afbeelding: Renesas)

Het evaluatiebord bevat een Arduino UNO R3-interface en twee Pmod-connectors. Bovendien kunnen ontwikkelaars profiteren van een ingebouwd SEGGER J-Link™-emulatorcircuit waarmee ze programma's kunnen schrijven en debuggen zonder dat ze extra tools nodig hebben.

Conclusie

De Renesas RA01E MCU biedt een indrukwekkende reeks functies en geïntegreerde randapparatuur voor het ontwikkelen van ultra-low-power, kostengevoelige toepassingen zonder compromissen te sluiten op het gebied van prijs versus prestaties. Het wordt geleverd met meerdere connectiviteitsopties en een rijk ecosysteem met een uitgebreide ontwikkelomgeving die kan helpen bij het maken van toepassingen met lagere materiaalkosten en een pad kan bieden om toepassingen later te migreren naar krachtigere apparaten.