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不論是蓬勃興起的數(shù)字能源、不斷拓展應(yīng)用邊界的電機(jī)控制，還是極速發(fā)展的光通信，這些領(lǐng)域正在經(jīng)歷一場(chǎng)與大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算和人工智能（AI）等前沿技術(shù)深度融合的變革。這一融合不僅推動(dòng)了技術(shù)邊界的大規(guī)模擴(kuò)展，也引發(fā)了對(duì)智能化解決方案需求的迅猛增長(zhǎng)。

面對(duì)這些行業(yè)日益復(fù)雜的挑戰(zhàn)，MCU成為了破局的關(guān)鍵。MCU不僅是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)智能化的核心組件，還在提升能效、優(yōu)化性能和保障安全性方面發(fā)揮了不可或缺的作用。通過集成先進(jìn)的算法和功能模塊，MCU能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)并處理復(fù)雜的數(shù)據(jù)，確保各個(gè)系統(tǒng)在高效、穩(wěn)定的狀態(tài)下運(yùn)行。兆易創(chuàng)新推出的GD32G5系列高性能MCU，以其強(qiáng)大的算力、豐富的外設(shè)和全面的安全機(jī)制，為應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支持，助力各行業(yè)實(shí)現(xiàn)效能優(yōu)化、性能提升及穩(wěn)定運(yùn)作。

高性能、高安全MCU是三大領(lǐng)域應(yīng)用的關(guān)鍵

結(jié)合了IoT、大數(shù)據(jù)分析、云計(jì)算和AI等前沿技術(shù)的數(shù)字能源系統(tǒng)，致力于提高能效、減少浪費(fèi)并促進(jìn)可再生能源的整合。在這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，MCU通過精確監(jiān)控電力參數(shù)，如電壓、電流等，并實(shí)時(shí)調(diào)整系統(tǒng)設(shè)置，確保系統(tǒng)高效運(yùn)行。此外，MCU支持多種通信協(xié)議，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的無縫數(shù)據(jù)交換，推動(dòng)分布式能源資源的有效集成。

對(duì)于電機(jī)控制而言，現(xiàn)代MCU集成了PWM控制、高速ADC等功能，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，減少了外部組件的需求。此外，MCU還能夠?qū)崟r(shí)處理復(fù)雜的控制算法，確保電機(jī)在各種負(fù)載條件下都能平穩(wěn)運(yùn)行，從而提高了整體性能。

在光通信領(lǐng)域，MCU的作用同樣不可忽視。特別是在光模塊中，MCU負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)監(jiān)控溫度、電壓、電流和光功率等關(guān)鍵參數(shù)，確保光模塊穩(wěn)定工作。同時(shí)，MCU支持遠(yuǎn)程管理和診斷功能，提升了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維效率和安全性。

為了應(yīng)對(duì)這三個(gè)領(lǐng)域?qū)Ω咝阅躆CU日益增長(zhǎng)的需求，兆易創(chuàng)新推出了GD32G5系列高性能MCU。該系列最大的特點(diǎn)就是應(yīng)用強(qiáng)大的算力，采用Arm® Cortex®-M33內(nèi)核，主頻高達(dá)216MHz，內(nèi)置高級(jí)DSP硬件加速器和單精度浮點(diǎn)單元（FPU），以及硬件三角函數(shù)加速器（TMU）和支持多類硬件加速單元。這些特性大幅提升了數(shù)據(jù)處理速度和復(fù)雜運(yùn)算能力。

存儲(chǔ)資源也是決定MCU表現(xiàn)的關(guān)鍵。GD32G5系列MCU配備了256KB到512KB嵌入式Flash，支持Flash雙Bank功能，以及128KB SRAM，還配備了高速緩存空間，進(jìn)一步提升內(nèi)核處理性能。

外設(shè)集成度上，GD32G5系列同樣表現(xiàn)出色，內(nèi)置了豐富的接口和功能模塊，以適應(yīng)多樣化的應(yīng)用場(chǎng)景。尤其值得一提的是其全面的安全機(jī)制，包括安全的空中下載（OTA）更新、安全啟動(dòng)、安全調(diào)試及安全升級(jí)等功能，為通信過程中的數(shù)據(jù)完整性與安全性提供了堅(jiān)實(shí)的保障。GD32G5產(chǎn)品系列支持IEC 61508 SIL2功能安全標(biāo)準(zhǔn)，提供完整的Safety Package，包括Safety Manual、FMEDA和自檢庫等，助力工業(yè)應(yīng)用更安全可靠。

數(shù)字能源效能優(yōu)化的核心

在數(shù)字能源領(lǐng)域，功率控制是MCU的一個(gè)關(guān)鍵應(yīng)用方向。在這一領(lǐng)域，GD32G5系列MCU展現(xiàn)出了顯著的優(yōu)勢(shì)，特別是在以下兩項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)上：

首先是發(fā)波控制。以該系列的GD32G553為例，其具有的高精度定時(shí)器（HRTIM）支持16位16通道，可以滿足多種復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；此外，它還支持10個(gè)外部事件輸入和8個(gè)故障輸入通道，可配合實(shí)現(xiàn)多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的靈活發(fā)波模式。

第二是精確感測(cè)。GD32G553支持4個(gè)12位ADC采樣速率高達(dá)5.3MSPS，具備高達(dá)42個(gè)通道，能夠高效地采集和處理多種傳感器的信號(hào)。同時(shí)，GD32G553還具有快速系統(tǒng)保護(hù)和輔助發(fā)波功能。其配備8個(gè)CMP（比較器），傳播延時(shí)僅15.8ns，0-63mV的可編程遲滯，能夠快速響應(yīng)故障輸入或外部事件。此外，GD32G553還具有4個(gè)1Msps/15Msps的12位DAC，最多可支持8通道，可配合HRTIM實(shí)現(xiàn)斜坡補(bǔ)償?shù)裙δ堋?/p>

圖1 3.5kW直流充電方案拓?fù)?/p>

兆易創(chuàng)新以GD32G553為核心構(gòu)建了兩個(gè)應(yīng)用方案。首先是3.5kW直流充電方案，其使用單顆GD32G553系列MCU，控制兩級(jí)高效率的開關(guān)電源拓?fù)洌ㄇ凹?jí)單相圖騰柱PFC和后級(jí)全橋LLC。該方案的輸入電壓為220V（±10%）/50Hz，輸入電流最大有效值17A；輸出電壓為250VDC~450VDC，支持涓流、恒流和恒壓充電模式；PFC開關(guān)頻率70kHz，LLC開關(guān)頻率94kHz~300kHz。

該方案實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)峰值效率96.2%，PF為0.999，THD為2.7%。在滿載恒流充電下，系統(tǒng)效率95.6%，PF為0.999，THD為2.5%。為了確保系統(tǒng)安全和可靠性，該方案配備了多種軟、硬件保護(hù)功能，包括OCP、SCP、OVP、OTP、CBC、DESAT等系統(tǒng)保護(hù)。

圖2 便攜式雙向儲(chǔ)能逆變方案拓?fù)?/p>

另一個(gè)是基于GD32G5系列/GD32E5系列的便攜式雙向儲(chǔ)能逆變方案，能夠?qū)崿F(xiàn)離網(wǎng)放電和并網(wǎng)充電功能。該方案通過兩顆GD32G5系列MCU/GD32E5系列MCU控制三級(jí)架構(gòu)（LLC + Buck/Boost + 逆變/PFC），確保了系統(tǒng)的高效性和穩(wěn)定性。其LLC的開關(guān)頻率為100kHz，Boost/Buck和逆變/PFC部分的開關(guān)頻率均為20kHz；內(nèi)部比較器實(shí)現(xiàn)了過流和過壓保護(hù)，減少了對(duì)外部硬件電路的依賴，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)；采用的ADC倍頻采樣技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)更精確的平均電流控制，其過壓、過流和過溫保護(hù)機(jī)制則確保了系統(tǒng)在各種工作條件下的安全運(yùn)行。

助力電機(jī)控制性能與效率雙提升

上至小家電，下至電動(dòng)汽車，電機(jī)的應(yīng)用無處不在。而電機(jī)控制對(duì)MCU的要求極為嚴(yán)格，包括高效處理能力、精確的實(shí)時(shí)控制和豐富的外設(shè)接口。具體而言，MCU需要支持快速且精確的PWM信號(hào)生成以確保電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平滑，配備高分辨率ADC進(jìn)行電流與電壓的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并擁有充足的存儲(chǔ)空間以運(yùn)行復(fù)雜的控制算法。此外，集成的安全機(jī)制和多樣的通信接口對(duì)于保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和連接性至關(guān)重要。

GD32G553憑借其卓越的配置完美應(yīng)對(duì)了這些挑戰(zhàn)。首先，該MCU的算力有了顯著提升，能夠更高效地處理復(fù)雜的電機(jī)控制算法。其次，它提供了豐富的片上資源，包括四個(gè)12位ADC、8個(gè)比較器以及1個(gè)高性能數(shù)字濾波器（HPDF），后者支持8通道/4濾波器配置，可外接Σ-Δ調(diào)制器，可用于變頻器、低端伺服里面外接調(diào)制器。最后，GD32G553配備了三個(gè)16位高級(jí)定時(shí)器，支持8通道/4對(duì)互補(bǔ)模式，適用于控制兩相四線步進(jìn)電機(jī)；其復(fù)合模式支持單電阻采樣和母線電力兩次采樣，實(shí)現(xiàn)了步進(jìn)電機(jī)快慢衰減混合模式的精準(zhǔn)控制，進(jìn)一步增強(qiáng)了電機(jī)控制的靈活性和效率。

GD32G553不僅在性能上滿足了電機(jī)控制的嚴(yán)苛要求，還在功能豐富度和應(yīng)用適應(yīng)性方面展現(xiàn)了明顯優(yōu)勢(shì)，可滿足各領(lǐng)域復(fù)雜電機(jī)控制需求。

光模塊穩(wěn)定運(yùn)作的關(guān)鍵

與通用MCU有所不同，光模塊對(duì)其專用MCU在芯片尺寸、模擬功能集成以及可靠性方面有著更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，兆易創(chuàng)新為GD32G553進(jìn)行了全面的配置，使其可以適應(yīng)光模塊的挑戰(zhàn)。

GD32G553具有靈活的存儲(chǔ)空間。其512KB的Flash存儲(chǔ)支持雙Bank設(shè)計(jì)，不掉電升級(jí)，確保數(shù)據(jù)的安全性和持久性；128KB的SRAM存儲(chǔ)，支持800G以上光模塊的SRAM需求（大于64KB），滿足高性能光模塊的數(shù)據(jù)處理需求。

GD32G553集成了豐富的模擬和數(shù)字資源，成為其勝任光模塊應(yīng)用的一大優(yōu)勢(shì)。它具備四個(gè)12位ADC，最高采樣速率可達(dá)5.3Msps，并支持多達(dá)42個(gè)通道。通過多組ADC交錯(cuò)采樣技術(shù)，GD32G553可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)10M的采樣速率，完美契合高精度和高速度采樣的需求。此外，GD32G553還配備有四個(gè)12位DAC，其中四個(gè)通道支持對(duì)外輸出，提供了高度靈活的模擬信號(hào)輸出能力，適用于多種應(yīng)用場(chǎng)景。

為了便于系統(tǒng)集成和調(diào)試，GD32G553提供了四個(gè)I2C接口，支持1MHz的Fast Mode Plus (Fm+)，確保與上位機(jī)通信的高效性。

GD32G553的設(shè)計(jì)充分考慮了光模塊SFP-DD/QSFP-DD等小型化封裝的需求，支持WLCSP封裝，非常適合用于高密度部署和空間受限的應(yīng)用場(chǎng)景。這一特性使得GD32G553在保證性能的同時(shí)，也極大程度上節(jié)約了電路板空間，提升了系統(tǒng)的集成度。

為了加快用戶的開發(fā)進(jìn)程，兆易創(chuàng)新為全新GD32G5系列高性能微控制器提供了免費(fèi)開發(fā)環(huán)境GD32 Embedded Builder IDE、調(diào)試下載工具GD-LINK與多合一編程工具GD32 All-In-One Programmer。同時(shí)，Arm® KEIL、IAR、SEGGER等業(yè)界主流嵌入式工具廠商也將為GD32G5全新產(chǎn)品提供包括開發(fā)編譯和跟蹤調(diào)試工具在內(nèi)的全面支持。