從F3升級到G4，意法半導體STM32鎖定下一代數字電源應用

單祥茹

意法半導體（STMicroelectronics，ST）自2007年發布了第一款STM32產品，在12年的時間里累計推出16條產品線，產品系列不斷完善。STM32G4是不久前ST最新推出的、專門用于提高下一代數字電源應用性能和能效的新產品。從本質上說，該產品并不是從零開始的全新產品線，而是2012年發布的第一款混合信號產品STM32F3產品線的延續版本，它繼承了STM32F3良好的理念和基因，帶來更強勁的性能和數模效果。

有效提升四大性能

STM32全線產品均基于ARM內核，覆蓋了從Cortex M0、MO+、M3、M4、M33到M7，以及部分Cortex A系列內核。ARM內核具有的設計延承性，也為STM32產品線帶來更廣闊的產品布局。STM32F3是STM32系列中第一款混合信號產品，作為該產品的升級版，STM32G4依然選擇基于Cortex M4內核，同時帶有DSP運算性能和浮點運算指令集。“在STM32G4內部還引入了兩個全新的硬件數學加速器，在處理速度、功能安全與信息安全、溫度特性以及數模組合方式上，相比前一代產品均有大幅提升。另外，STM32G4還增加了很多豐富且高端的模擬外設。”意法半導體微控制器事業部微控制器產品經理、數字電源及電機控制市場經理Jean-Marc Mathieu博士在STM32G4媒體溝通會上表示。

G4的性能是F3的三倍：性能是STM32G4產品最重要的參數，也是產品最重要的賣點之一。除了內核達到170MHz高主頻之外，STM32G4還內置了三個不同的硬件加速器，協助CPU提高運算性能。其中，ART加速器（動態緩存），可有效提升代碼綜合執行效率，不過它相當于是一個硬件堆棧，有可能會出現溢出現象;關鍵程序加ARoutine Booster CCM-SRAM（靜態緩存），主要解決了關鍵性代碼延時問題，用戶可以把最關鍵的代碼拷貝到CCM-SRAM中，并在該區域中執行，以避免產生任何延時;數學加速器是STM32G4特有的、具有革新意義的新功能，由三角函數（Trigo）和數字濾波加速器（Filter-Math Accelerator，FMAC）兩部分組成，它再次提升了芯片的運算性能。引入的FMAC濾波算法加速器和CORDIC專用引擎，可以加快一些算法的運算速度，例如，電機控制應用中的旋轉和矢量三角法，以及一般的對數、雙曲線和指數函數、信號調理IIR/FIR濾波算法或數字電源3p/3z控制器，以及卷積和相關函數等矢量函數。這兩部分有助于用戶解決在控制領域中的矢量算法難題，包括馬達驅動、電源轉化類產品設計中經常用到的數學公式，一方面減輕了CPU的負荷，同時運算效率也將提升5倍左右。

豐富的內置數模外設：STM32G4包括模擬運放、DAC、比較器、12-bit支持4Msps以及硬件過采樣的ADC，同時產品還增加了CAN-FD接口，該接口的有效載荷比特率是標準CAN的8倍，在未來工業應用場景中將扮演重要角色。

功能安全與信息安全：STM32G4可利用雙區存儲器支持實時固件升級。產品采用的雙BankFlash機制，其中一個Bank可運行已經加載的應用程序，而另一個Bank則用于在線加載新版本固件程序。當升級加載完成后，只要設置一個寄存器就可以瞬間切換兩個Bank間的地址，實現在線固件升級。

在安全性尤其是信息安全方面，STM32G4帶來了較以往產品更新的設計理念，就是安全存儲區域。安全存儲區域僅在系統啟動時可以被執行，用戶可以在這個過程中做一些敏感信息的存儲和校驗算法，當系統退出該區域進入到用戶的應用程序后，這一部分存儲器會被完全隔離并隱藏起來，在硬件上杜絕應用程序去訪問安全存儲區中的內容。STM32G4還支持256位密鑰的硬件加解密，方便用戶對固件遠程升級時對傳輸層信息加密，保障了代碼的安全。除此之外，STM32G4還有很多提升安全設計的外設，可以滿足用戶尤其是IoT用戶應用場景中，對信息安全多種角度的要求。

低動態能效：在動態能效上，STM32G4采用了先進的設計，因此在運行模式下的動態能效只有160μA/MHz。除此之外，STM32G4還提供低功耗工作模式，雖然它不是一個超低功耗產品，但運行功耗比傳統DSP產品有至少兩倍以上的優化。比如，在數字電源應用場景中，用戶目標要達到95%甚至98%以上的轉換效率，此時數字器件上的能耗損失尤其關鍵，而160μA/MHz的動態能效將成為STM32G4非常引入關注的特性。

除了四大性能方面的顯著提升，STM32F3有了更高的溫度特性，最高工作溫度達到125℃。

三條產品線滿足更廣泛的市場需求

STM32G4產品目錄分為三大產品系列：基本系列、增強系列和高分辨率系列，對應的產品分別是STM32G4x4、STM32G4x3、STM32G4x1。STM32G4x4產品屬高精度PWM型，擁有高精度12通道定時器。S TM32G4x4和STM32G4x3產品間唯一的區別就是高精度定時器，STM32G4x1雖為入門級產品，但在性能上沒有任何讓步，只是在模擬外設方面相比前兩個產品系列精簡一些。

為了擴大應用范圍，STM32G4產品目前覆蓋從32-pin到128-pin，32K flash一直到512Kflash，擁有一個完整的平臺，且眾多的型號選擇。其中LQFP80和LQFP128為全新的封裝，也是STM32此前的產品從未使用過的封裝形式。STM32G4鎖定數字電源市場

STM32產品的迭代與延續完全基于市場的需求，STM32G4主要面向控制類應用，包括電機驅動、數字電源、儀器儀表和工業測量等應用場景。其中，數字電源是非常重要的應用領域。

數字電源中包括高頻數字開關電源、功率因數補償，在大功率數字能源轉換應用場景下，這些都將是未來幾年具有廣闊前景的應用領域。

在針對數字電源產品的布局上，STM32G4獨樹一幟。不同于市場上大多數選擇私有內核的數字電源產品，STM32G4一如既往地選擇了基于Cortex M4內核，借助～公司廣泛的生態系統資源，以及整個STM32平臺的生態系統，預計STM32G4產品將很快在電機控制、工業應用以及數字電源市場獲得應用。

針對數字電源市場ST有一個清晰的產品路線圖，較低端的為STM32F334，高端的有STM32H743產品，這兩個產品中都已配置ST第一代的高精度定時器。雖然S TM32H7中只放置了這個定時器的數字部分，但只能達到2納米的精度。STM32G4的出現正好填補了這兩個平臺間的空白，增強的HRTIMer高精度定時器現在已經到了v2版本，達到184皮秒的精度。不過，Jean-Marc Mathieu博士表示，STM32G4#不是完整取代STM32F334的應用場景，而是在STM32F334的基礎上做了提升，去覆蓋更復雜的一些數字電源應用場景，而這些應用場景通常是STM32F334力所不能及的。

為了輔助應用開發，STM32開發生態系統新增了高性價比的支持STM32G4 MCUMNucleo開發板、功能齊全的評估板和板載加密加速器，以及STM32CubeG4軟件包。此外還有一套Nucleo電機控制專用開發板和軟件開發套件。

WISA協會電視陣營擴展到6家領先的全球性電視制造商

由Summit Wireless Technologies發起創立、60多家領先消費電子品牌組成的無線揚聲器和音頻協會WiSA LLC日前宣布：WiSA協會再度擴容，其電視品牌增加到6家全球頂級的電視機制造商。最新成員包括以東芝（Toshiba）品牌生產和銷售電視機的Compal，小米科技生態系統公司以及領先的激光投影電視制造商峰米科技（Fengmi），他們將與LG電子、富士康、TCL和Bang&Olufsen一起作為WiSA會員，為家庭娛樂帶來高解析度多聲道音頻體驗。

“在6家領先的全球性電視品牌的支持下，再加上今年上市的數百萬套符合WiSA規范而獲得WiSA Ready標識的系統，業界正在持續不斷地接受我們所倡導的技術標準，”WiSA總裁Tony Ostrom表示。“此外，我們預計8K電視將在今年晚些時候推出，它們將與WiSA成員們的多種WiSA USB TransmittersA送器和所有獲得WiSA Certified認證的揚聲器兼容。我們對目前的勢頭和即將在今年下半年到達的多個里程碑感到興奮。”

所有獲得WI.SA Certified認證和具備WiSA Ready功能的組合子系統都可無縫地協作，提供無線的多聲道音頻和真實的家庭影院聲效，讓聽眾沉浸在電影和視頻、音樂、體育、游戲/電子競技等的現場效果之中。因此，消費者可以期待發燒級的體驗，但不需像傳統音頻系統一樣大費周章，因為其設置很簡單，即使是設置較大的5.1和7.1系統也只需幾分鐘。

建立無線揚聲器和音頻（WiSA）協會的目的是定義用于多聲道無線音頻標準，意在使多個品牌的產品能夠完美地協同工作，并在家中創造出令人驚嘆的沉浸式音頻體驗。WiSA與成員們密切合作，去創建認證要求和測試程序，然后在產品開發路徑上提供支持，以確保所有獲得WiSA認證的、包括AV功放、電視機、游戲系統和計算機等音頻發送器，以及經WSA認證的揚聲器等接收器進行通信并完美地在一起工作。