RA4L1

往期回顧：??RA4L1的表計應用解析（上）： http://m.makelele.cn/d/6614445.html

針對全球電表市場，瑞薩的電表MCU有兩大種類。

上面一部分是電表分離架構(gòu)里的基本主控位置上的MCU：從曾經(jīng)風靡中國國網(wǎng)的RL78/004，020一脈相承的低功耗工藝上，同時滿足了當前電表應用的RA4L1和RA4下一代新產(chǎn)品。

中間的RX72N，RX65N，RA6，RA4系列，不是典型的電表MCU，但是由于其高安全性和大Flash等特點，也在某些細分電表應用中得到廣泛的采用。

RA4L1就是今天我們討論的對象。另外一顆RA4，暫且名字保密，更方面性能有了進一步提升，會在下半年早期量產(chǎn)。

這張產(chǎn)品路線圖里的下半部分是電表集成架構(gòu)下的所謂SoC，即集成了計量和主控一體的MCU芯片。RL78/I1C，得益于精確計量庫，防竊電設(shè)計，抗干擾特性等優(yōu)點，在印度電表市場占據(jù)超過90%的市場份額。去年量產(chǎn)的RA2A2是它的ARM內(nèi)核升級。從32MHz的16位瑞薩私有內(nèi)核升級到48MHz的ARM Cortex-M23內(nèi)核，高精度ADC通道擴展到7個，可以提高更高精確度的計量。由于擴展到32位MCU，SRAM的容量也相應增大。RA2A2的高精度ADC支持直流計量，在充電樁，光伏設(shè)備應用上的電能計量也非常合適。另外它的24位分辨率ADC采樣率提高了一倍，達到8KHz，對NILM應用所需的信號采集也能提供充分的支撐。

簡而言之，RA4L1就是電表分離架構(gòu)中的主控MCU。RL78/I1C和RA2A2就是電表集成架構(gòu)中的SoC。

對于主控MCU的位置，需要滿足低功耗，強安全性，集成段碼屏，高精度RTC等。這里的低功耗主要是待機功耗要低，并且具有一定容量的SRAM保持。因為市電停電的情況下，MCU會進入低功耗模式，一般就是維持RTC繼續(xù)和看門狗運行，并定期喚醒喂狗或者執(zhí)行溫漂校準。

接下來我們看看RAL1和它的下一代，如何滿足這些應用要求。

這是RA4L1的特性一覽。Cortex-M33內(nèi)核，支持TrustZone。RA4L1已經(jīng)獲得PSA level-1認證證書，客戶可以在PSA網(wǎng)站上查詢。

* RA4L1具有512K雙Bank Flash和低功耗全保持的32K SRAM，以及8K data flash。

集成段碼屏驅(qū)動，并內(nèi)置電荷泵。8 COM顯示時，即使外接的是3V屏也不會出現(xiàn)鬼影。

12通道的電容觸摸感應。將機械按鈕升級成觸摸按鈕，防水性能更佳，還能在人機交互方面提升產(chǎn)品的差異化。

除了電表常用的UART，SPI，I2C接口，還集成了CANFD，USB。這里的SCI是瑞薩特有串口通信模塊，可以配置成UART，SPI，I2C不同功能。因此最多可以有8個UART。CANFD可以和一些電池相關(guān)的新能源設(shè)備連接，擴展了計量設(shè)備的使用場景。

RA4L1支持DLMS的Suite1，在AES256之上，集成ECC256/SHA256。片上密碼學模塊能抗側(cè)信道攻擊。

芯片封裝種類比較豐富，LQFP，BAG，QFN都有，最小引腳48pin，最大可達100pin。

作為需要電池供電的應用主控，RA4L1的供電范圍可以低至1.6V。

下半年也會上市的RA4xx，相比RA4L1在安全性，SRAM容量，RTC精度方面有了進一步提升。

主要有以下幾點：

* SRAM從64K提升到96K，仍然是可以低功耗模式下全部保持。

RTC域有獨立供電引腳，并且RTC可調(diào)最小步長是0.03ppm。

安全性方面可以支持DLMS的全部Suite，包括RA4L1不能支持的Suite2。

RA4L1只有兩種封裝，LQFP100和LQFP64。

RA4XX兩個封裝都是支持Ta=105°。而RA4L1在LQFP48，LQFP64，LQFP100，以及QFN48這四種封裝下可以支持到Ta=125°。

我們來看看RA4L1的低功耗模式。在正常工作模式之外，有三種低功耗模式：sleep，snooze， software standby。

從圖中表格可以看到，從Sleep開始只有內(nèi)核停止運行，到Snooze模式，內(nèi)核和Flash都停止工作，在最低功耗的software standby，Core，F(xiàn)lash，SRAM全部停止工作，當然SRAM里內(nèi)容是都可以保持的。其他片上外設(shè)分為兩組，RTC，低功耗定時器，獨立看門狗，LVD，低功耗UART，I2C，I3C，比較器，LCD是在software standby模式下，可以選擇工作或者不工作，其他外設(shè)都停止工作。

這三種低功耗模式的退出都可以通過中斷實現(xiàn)。任意中斷都可以推出sleep模式；Snooze模式下，有一些中斷才能喚醒MCU；而software standby模式下，能喚醒MCU的中斷更少一些。具體詳情還請查閱芯片手冊【低功耗模式】這一章節(jié)。

功耗方面，80MHz全速運行coremark程序消耗13.4mA。電表應用中主要看software standby模式，因為MCU只在市電有電的情況下長期運行于normal模式。Software standby模式下，64K SRAM全保持下，消耗1.7uA；如果只開前16K SRAM，功耗差不多，1.65uA。

從最低功耗模式喚醒，如果是MOCO（片上中速振蕩器）作為時鐘源，喚醒時間只需要3.5uS，因為振蕩器能快速起振并穩(wěn)定下來。如果喚醒后要工作在MOSC（精度較高的高速外部晶振），喚醒時間最長，需要2.1ms。

由此可見，RA4L1和它的下一代產(chǎn)品，非常適合對高安全性，高穩(wěn)定性的有要求的高端海外電表的基表主控位置。

那么在電表應用的時候，這兩顆產(chǎn)品如何選型呢？這種圖給大家一個快速提示：

首推RA4L1下一代，如果需要搭配新能源設(shè)備，有CANFD需求，仍然首選RA4L1下一代。如果是要USB升級，那么RA4L1可以用上來，如果想提升按鍵的用戶體驗，實現(xiàn)防水觸摸，就選擇RA4L1。RA4L1下一代有兩個供電域，因此I/O數(shù)量要比RA4L1少一點，需要更多I/O引腳，RA4L1更好一些。當然，如果RA4L1和RA4XX的I/O數(shù)量都不夠，我們推薦外接LCD驅(qū)動，或者使用COG屏。RA4這兩款都是Cortex-M33內(nèi)核，和采用Cortex-M0內(nèi)核的中國國產(chǎn)MCU不一樣，內(nèi)核較大，需要更多的電源引腳。因此I/O數(shù)量稍微會有些犧牲。但是Cortex-M33內(nèi)核的TrustZone和PSA支持，又給電表應用帶來更好的助力。

未完待續(xù)

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