32-Bit-Mikrocontroller Kompakte Stromspar-MCU für IoT-Anwendungen

Redakteur: Michael Eckstein

In vielen Anwendungen kommt es weniger auf die Rechenleistung eines Mikrocontrollers als auf möglichst geringe Stromaufnahme und Kompaktheit an – etwa in IoT-Endpunkten. Dafür hat Renesas die RA-MCU-Baureihe auf Basis eines ARM Cortex-M23-Kern entworfen – und stellt nun die Untergruppe RA2E2 mit integriertem Flash-Datenspeicher vor.

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Die winzigen RA2E2-Mikrocontroller von Renesas takten mit 48 MHz. Der Hersteller verspricht eine extrem niedrigen Stromaufnahme – ideal für IoT-Edge-Produkte.
Die winzigen RA2E2-Mikrocontroller von Renesas takten mit 48 MHz. Der Hersteller verspricht eine extrem niedrigen Stromaufnahme – ideal für IoT-Edge-Produkte.
(Bild: Renesas Electronics)

Renesas hat seiner RA-Familie eine neue Gruppe von 32-Bit-Mikrocontrollern (MCUs) vorgestellt. Die Bausteine der RA2E2-Gruppe basieren auf dem neuesten Cortex-M23-Kern von IP-Lieferant ARM. Laut Renesas sind die Chips mit einer Reihe von Schnittstellen ausgestattet, die in erster Linie auf IoT-Endpunkt-Anwendungen ausgerichtet sind, zum Beispiel Wearables, Medizintechnik, Industrieautomation sowie andere Consumer- und Haushaltsgeräte-Anwendungen.

„Wir sehen eine steigende Nachfrage nach 32-Bit-MCUs in IoT-Endpunkt-Anwendungen mit geringer Pin-Zahl. Die RA2E2-Gruppe adressiert diesen Marktbedarf mit den passenden Funktionen und der erforderlichen Performance“, erklärt Roger Wendelken, Senior Vice President in der IoT & Infrastructure Business Unit bei Renesas.

Die mit 48 MHz taktenden RA2E2-Mikrocontroller sind in unterschiedlichen, kleinen Gehäusen erhältlich, darunter ein sehr kompaktes 16-Pin-WLCSP-Gehäuse (Wafer Level Chip Scale Package), das lediglich 1,87 mm x 1,84 mm misst. Laut Renesas sollen leichte Upgrades auf andere Bausteine der RA-Familie hier möglich sein. Diese umfasst mittlerweile mehr als 160 Komponenten mit 16 bis 176 Pins, die von 48 bis 240 MHz takten.

Geringe Stromaufnahme: Bei Aktivität nur 81 µA/MHz, im Stand-by nur 200 nA

Im Aktivmodus sollen die neuen MCUs lediglich 81 µA/MHz aufnehmen – laut Renesas der die branchenweit niedrigste Stromaufnahme im Betrieb. Im Stand-by-Modus soll der Chip sogar nur 200 nA aufnehmen, bei Bedarf aber sehr schnell aufwachen. Da IoT-Endpunkte auch rauen Umgebungsbedingungen ausgesetzt sein können, hat der Hersteller seine neuen Bausteine für einen weiten Temperaturbereich spezifiziert: Dieser reicht von –40 bis 125 °C.

An Bord ist ein On-Chip-Oszillator mit einer Genauigkeit von +/-1 Prozent, Power-On-Reset und Niederspannungsdetektor, EEPROM und ein Temperatursensor. Auch eine I3C-Busschnittstelle ist integriert. Für eine möglichst hohe Cybersicherheit nutzt Renesas die TrustZone-Technik von ARM, mit der sich sicherheitsrelevanter Code wie Firmware von restlichen Applikationen isolieren lässt.

Über sein Flexible Software Program (FSP) stellt Renesas Treiber und Middleware bereit, um die Implementierung von Kommunikations- und Security-Funktionen zu erleichtern. Die GUI des FSP soll den Entwicklungsprozess vereinfachen und beschleunigen.

Laut Hersteller lässt sich bereits für bisherige Projekte entwickelter Legacy-Code flexibel wiederverwenden lassen. Darüber hinaus soll das FSP die Kompatibilität und Skalierbarkeit innerhalb der RA-Familie sicherstellen. Entwickler erhalten über das Programm Zugriff auf das umfangreiche ARM-Ökosystem und können vom umfangreichen Partnernetzwerk von Renesas profitieren.

RA2E2-MCU-Gruppe umfasst neun Bausteine

Die RA2E2-Gruppe umfasst neun verschiedene Bausteine mit Gehäusen von 16 bis 24 Pins sowie 16 KByte bis 64 KByte Flash-Speicher und 8 KByteyte SRAM. Die Bausteine enthalten außerdem einen Daten-Flash-Speicher mit 2 KByteyte, den andere Bausteine mit geringer Pin-Zahl laut Renesas nicht bieten.

Die I3C-Busschnittstelle ermöglicht eine schnelle Datenkommunikation mit 4,6 MBit/s und reduziert nach Angaben des Herstellers gleichzeitig den Stromverbrauch erheblich. Die RA2E2-Gruppe ist zudem mit Security-Funktionen ausgestattet, darunter einen Kryptographie-Beschleuniger (AES256/128), einen True Random Number Generator (TRNG) und Speicherschutzeinheiten. Die Hauptmerkmale der RA2E2-MCU-Gruppe sind:

  • 48 MHz ARM Cortex-M23-CPU-Kern
  • Integrierte Flash-Speicheroptionen von 16 KByte bis 64 KByte; 8 KByte RAM und 2 KByte Daten-Flash
  • Gehäuseoptionen reichen von einem sehr kompakten 16-WLCSP bis zu 20- und 24-Pin-QFN
  • Niedriger Stromverbrauch: 81 uA/MHz im aktiven Modus mit einem Software-Standby-Strom von nur 200 nA bei schneller Aufwachzeit
  • I3C-Bus-Schnittstelle für höhere Kommunikationsgeschwindigkeit
  • Unterstützung eines weiten Temperaturbereichs: Ta = –40 bis +125 °C für raue IoT-Betriebsumgebungen
  • Security-Funktionen einschließlich Kryptographie-Beschleuniger, TRNG und Speicherschutzeinheiten
  • Breiter Betriebsspannungsbereich von 1,6 V bis 5,5 V
  • Merkmale zur Reduzierung der Systemkosten
  • Hochpräziser (+/- 1,0 Prozent), High-Speed-On-Chip-Oszillator
  • Power-on-Reset und Niederspannungsdetektor
  • EEPROM
  • Anschluss für Hochstromtreiber und E/A mit 5-V-Toleranz
  • Temperatursensor

„Winning Combinations“ sollen Entwicklung vereinfachen

Renesas hat die RA2E2-MCUs und andere RA-MCUs mit komplementären Analog- und Power-Lösungen zu sogenannten Winning Combinations kombiniert. Das Unternehmen verspricht, dass die ausgesuchten Komponenten zuverlässig zusammenarbeiten. Das reduziere den Aufwand für Entwickler und beschleunige so die Designzyklen.

Beispiele für Winning Combinations mit RA2E2-Bausteinen sind unter anderem die DDR5-Gaming-DIMM-Lösung für adressierbare LED-Steuerungen. Renesas bietet derzeit mehr als 250 Winning Combinations mit kompatiblen Bausteinen für eine breite Palette von Anwendungen und Endprodukten an.

Die RA2E2-Gruppe ist ab sofort verfügbar. Ein passendes Evaluation Kit mit der Bezeichung EK-RA2E2 soll Entwicklern den Einstieg erleichtern.

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