低功耗MCU，又卷起来了

原创电子工程世界 2024-08-28 07:01

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从今年的MCU市场趋势来看，AI计算能力、蓝牙5.4、Wi-Fi 6/6E、GPU IP、新型存储器以及更先进的制程是MCU市场“内卷”的主要重点。但MCU作为“小而美”的产品，拼性能是一个路线，拼小巧精致也是一个路线。在MCU领域，低功耗MCU是很重要的细分市场。

所谓低功耗，并非粗暴地改用8位/16位的MCU产品，而是通过与通用处理器不同的设计方法和工艺选择，在保证能够实现需要的基本功能基础上，尽量压低功耗，以降低MCU能耗和漏电流。同时，搭配深度睡眠（Deep-sleep）、部分睡眠（Sleep）和待机（Standby）等不同低功耗电源模式以及时钟系统，实现效能和功耗平衡。过去，低功耗MCU产品多以Cortex-M0/0+内核为主，最近一段新产品则多基于Cortex-M23/33。

随着便携式设备、电池供电、能量采集等场景需求量的提升，最近一段时间，低功耗MCU市场又开始卷起来，厂商接连推出相关产品。

付斌｜作者

电子工程世界（ID：EEWorldbbs）｜出品

英飞凌：4.5µA的蓝牙5.4 MCU

英飞凌最近比较关注的重点在于蓝牙5.4，其在上周推出的产品AIROC CYW20829采用Arm Cortex-M33双内核。

具体来说，AIROC CYW20829共包括8个型号，其中包括针对工业、消费和汽车用例优化的系统级芯片（SoC）和模块，应用覆盖PC配件、遥控器、电子货架标签、游戏配件、低功耗音频产品、电动工具、工业、BMS、汽车等。封装包括尺寸6x6 mm的56QFN SoC和40QFN SoC，尺寸7x8 mm的77BGA SoC，尺寸5x4.5 mm的64 Ball BGA SoC产品2025 年第二季度出样。

配置方面，AIROC CYW20829包括96 MHz ARM Cortex M33（应用MCU）和

48 MHz ARM Cortex M33 （蓝牙子系统）两个核心，可全面支持蓝牙5.4、低功耗、10 dBm输出功率（无需功率放大器）、256 KB应用SRAM、一个支持XIP 的四通道SPI接口，允许灵活选择外部闪存，以及各种外设包括CAN FD、PDM、I2S、ADC、定时器。

此外，AIROC CYW20829可在1.7V～3.6V工作，拥有六种电源模式，深度睡眠模式电流为4.5µA（64 KB SRAM），片上拥有DC-DC buck conveter。

瑞萨：0.2μA的M23 MCU

瑞萨在今年4月9日在RA MCU家族中新增了RA0系列超低功耗、超低成本MCU，其采用的是Arm Cortex-M23内核。

目前，瑞萨已推出RA0系列的首个产品群RA0E1。其支持1.6V至5.5V宽工作电压范围，在5V系统中无需使用电平转换器/稳压器。RA0 MCU集成了定时器、串行通信，以及模拟功能、安全功能和人机界面（HMI）功能，以降低客户BOM成本。此外，该系列产品还提供多种封装选择，包括3mm x 3mm微型16引脚QFN封装。

RA0在工作模式下电流消耗仅为84.3μA/MHz，睡眠模式下仅为0.82mA。此外，瑞萨还在这新款MCU中提供了软件待机模式，可将功耗进一步降低99%，达到0.2μA的极小值。配合快速唤醒高速片上振荡器（HOCO），这款超低功耗MCU为电池供电的消费电子设备、小家电、工业系统控制和楼宇自动化应用带来理想解决方案。

意法：待机230nA的新一代MCU

ST自2009年就推出全球首颗基于ARM Cortex-M内核的低功耗MCU，包括M0+、M4、M33内核产品。今年3月，ST推出的新一代超低功耗入门级MCU STM32U0系列则基于M0+内核。

STM32U0系列目前提供10种不同封装形式和2种存储器尺寸配置，Arm Cortex®-M0+内核运行频率为56 MHz。

其低功耗的秘诀在于超低漏电流技术，更多的 ULP 模式，待机模式 (With RTC) 电流仅为230nA, 关断模式电流只有16nA。

STM32U0拥有新增/升级的IP，如灵活的ART Accelerator™ 加速器(提高执行效率），3 个ULP timer(性能增强），适用于类似水表这种脉宽调制应用。

此外，STM32U0内置LCD段码屏驱动，不需要外置高速晶振，增强的TSC 触摸按键控制器，以及优化的复位电路均可帮助开发者优化BOM成本。

TI：1元起的MSPM0 MCU

TI的MSP系列产品现在依旧拥有很好的市场，不过大多数现有8位/16位MCU都基于 180nm等传统工艺节点技术，随着电路和系统设计尺寸越来越小，性能提升的要求越来越迫切，传统8位/16位MCU已逐渐无法满足市场需求。所以，TI也顺势推出了MSPM0 MCU，今年3月更是推出超小型的MSPM0新品MSPM0C110x，它基于M0+内核。

官方介绍显示，MSPM0C110x 的超小型设计，主要体现在其8引脚的WSON封装上，尺寸仅2mm x 2mm，比常见8引脚SOIC封装小了7.35 倍。此外，MSPM0C MCU 还具有高精度内部振荡器，无需外部晶体，进一步简化了电路设计，降低了成本。

配置方面，搭载24MHz Arm Cortex-M0+内核，提供16KB的嵌入式闪存和1KB的SRAM。同时，集成12位1.5Msps ADC。

根据Datasheet，MSPM0C110x 运行时功耗为87µA/MHz，待机时功耗为5µA（SRAM 处于保持模式），关断时为200nA。

HOLTEK：2.5µA的蓝牙5.3 MCU

HOLTEK在今年1月推出的双核低功耗蓝牙BLE 5.3 MCU，其采用Arm Cortex-M33 处理器内核，同时还带有Arm Cortex-M0+ 协处理器内核。

配置方面，HT32F67575工作温度介于-40°C至+85°C，工作电压范围为1.8V至3.6V，M33内核最高运行速度为64MHz，系统资源包含512KB Flash ROM及256KB SRAM，2组14位ADC，内置DC-DC提供低功耗工作模式;并具有丰富的周边接口如USB、QSPI、HSQSPI、UART、I²C、SCI、IrDA、I2S等;采用40-pin QFN （5×5mm2）封装，提供22个GPIO，所有I/O可唤醒。

此外，HT32F67575通过蓝牙技术联盟（Bluetooth SIG） BT5.3认证，具备超低功耗的接收器，在1Mbps的数据传输率下功耗仅4.0mA，接收灵敏度达-96dBm;在+0dBm的发射功率下功耗仅3.8mA，支持最高+10dBm的发射功率。

从官方的Datasheet来看，该产品拥有四种活动、睡眠、深度睡眠和休眠四种工作模式，深度睡眠模式电流典型值为2.5µA（LDO模式）/2.65µA（DC/DC模式），休眠模式电流典型值为1.9µA（LDO模式）/1.85µA（DC/DC模式）。

兆易创新：1.8μA的M23 MCU

兆易创新也推出了Arm Cortex-M23内核的低功耗的产品。

今年4月18日，兆易创一口气放出16个型号的GD32L235系列低功耗MCU新品，包含LQFP64/48/32、QFN64/48/32和WLCSP25在内的七种封装共16个型号选择，应用覆盖工业表计、智能门锁、便携式设备、IoT、BMS等，目前已经正式量产供货。此外，还提供了WLCSP25超小封装选择，非常适用于可穿戴消费电子、便携式设备等对硬件空间有限制的应用场景。

配置方面，GD32L235系列采用64MHz的Arm Cortex-M23内核；配备64KB到128KB的嵌入式闪存及12KB到24KB的SRAM，并按照存储容量分为两款型号；集成2个16位低功耗定时器、6个通用16位定时器、1个高级定时器和2个基本定时器，以及2个低功耗LPUART、2个USART、2个UART、3个I2C、2个SPI等通用外设接口；配备了1个CAN2.0控制器和1个USB 2.0 FS控制器等标准通信接口。

模拟外设方面，配备1个12位ADC，支持差分输入和单端输入两种模式，提高ADC模块的精度和性能；集成了1个12位DAC和2个比较器。

功耗方面，支持包括深度睡眠(Deep-sleep)、部分睡眠（Sleep）和待机(Standby)等六种低功耗模式。在深度睡眠(Deep-sleep)模式下，电流降至1.8μA，唤醒时间低于2μS；待机(Standby)模式电流更是低至0.26μA。即使在最高主频全速工作模式下，其功耗也仅为66μA/MHz，实现了效能和功耗间的卓越平衡。

雅特力：1.2μA的M0+ MCU

雅特力在今年2月28日推出了款低功耗MCU AT32L021，其使用了经典的M0+内核。

根据其官方介绍，AT32L021搭配不同容量Flash、SRAM，提供7种封装类型共21个型号选择，最小封装面积3x3mm。应用覆盖便携式设备、无线传感器、OBD、BMS、RF工业控制、无线通信模块及物联网设备等各种靠电池供电和小空间开发设计需求的设备。

配置方面，搭载80MHz Cortex-M0+内核，最高支持64KB Flash及9KB SRAM，片上集成1个2 Msps的12位高速ADC、1个16位高级定时器、5个16位通用定时器、1个16位基本定时器，拥有39个快速GPIO，支持-40~105℃工业级宽温度范围。通讯具备2个I2C、2个SPI/I2S、4个USART、1个CAN接口，和1个红外线发射器，且4个USART接口皆可使用DMA操作。

AT32L021具备快速进入/唤醒低功耗模式与低待机功耗优势，深睡眠（Deepsleep）模式下电流约9uA，唤醒时间低于17us，待机模式（Standby）下电流仅1.2uA，并提供5个WKUP引脚唤醒待机模式，达到真正的低运行、低待机电流与高速唤醒内核优势，有效延长电池使用寿命。

MCU功耗高低的关键在于时钟系统，对应不同设备应用的低功耗模式下，每秒上百次在运行和停机间切换，并提供快速处理任务能力，AT32L021系列支持多种时钟源（CRM），包括HEXT、HICK、LEXT、PLL及LICK振荡器频率，每种时钟源皆可独立开关，进行灵活切换。当不使用时，可将其关断来降低能耗，通过动态管理系统的工作频率，满足在不同场景下的应用需求，降低MCU功耗。

低功耗赛道愈发热闹

MCU在实际工作中，差异很大。有些场景需要全速工作，有些需要低速工作，有些场景则需要间歇性工作。

目前来看，嵌入式微处理基准协会（EEMBC）的ULPMark基准测试榜单上，ST大部分产品都位居前列，包括新推出的U0系列。其中，中科芯蕊的XRM32UL051是唯一一个比较排在前列的国产MCU，其采用亚阈值技术和异步电路技术，是当前国际最前沿的低功耗设计技术。

MCU这个赛道很卷，不是说光低功耗了就行，而是应该兼具强大的性能、小巧的尺寸、丰富的功能，也要给工程师更多的选择。从各大厂商发力低功耗设计技术，不断推出新品来看，这个市场依旧具有非常拥有活力。

参考文献

[1] 中国电子报：低功耗MCU越来越热，如何成就“性能之王”？.2021.12.25.https://mp.weixin.qq.com/s/k8Hyaa0vElpIbfEta_MFYA

[2] 英飞凌：https://www.infineon.com/cms/cn/about-infineon/press/market-news/2024/INFCSS202408-136.html

[3] 英飞凌：https://www.infineon.com/dgdl/Infineon-CYW20829B0LKML-DataSheet-v10_00-EN.pdf?fileId=8ac78c8c86919021018709cc79af3afd

[4] 兆易创新：https://www.gigadevice.com.cn/about/news-and-event/news/gigadevice-launches-gd32l235-series-mcu.html

[5] 兆易创新：https://www.gigadevice.com.cn/Public/Uploads/uploadfile/files/20240613/GD32L235xxDatasheetRev1.2.pdf

[6] 瑞萨：https://www.renesas.cn/cn/zh/about/newsroom/renesas-introduces-new-entry-level-ra0-mcu-series-best-class-power-consumption

[7] 瑞萨：https://www.renesas.cn/cn/zh/products/microcontrollers-microprocessors/ra-cortex-m-mcus/ra0e1-32mhz-arm-cortex-m23-entry-level-ultra-low-power-general-purpose-microcontroller?utm_campaign=f-up-mcu_ra0e1-epsg-iotbd-ipm2-null&utm_source=null&utm_medium=pr&utm_content=pp

[8] 雅特力：https://mp.weixin.qq.com/s/kMECFKeMFdpND18jybQQsA

[9] HOLTEK：https://www.holtek.com.cn/webapi/116706/simHT32F67575_Datasheetv100.pdf

[10] ST：https://mp.weixin.qq.com/s/sJxZQpFg03s_ljLBMrwabQ

[11] TI：https://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/mspm0c1104.pdf?ts=1724725402606&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.ti.com.cn%252Fproduct%252Fcn%252FMSPM0C1104%253FHQS%253Depd-msp-procbr-gpplatform_mspm0_smallsize-bs-pf-21ic_300x250-cn_zhcn_int%2526dclid%253DCNS-vdyOlIgDFWVWDwIdjhsCaw

[12] https://www.eembc.org/ulpmark/ulp-cp/scores.php

· END ·