针对电机控制和数字电源，ST推出带有先进模拟外设和数学加速器的STM32G4系列MCU

多年以来，意法半导体（STMicroelectronics，简称ST）基于Arm Cortex-M内核的微控制器（MCU）家族STM32在业界占据着相当的市场份额，而且该家族的成员一直在不断地丰富。最近，ST公司又推出了一款升级型产品STM32G4，它带有丰富的先进模拟外设和多种加速器，目标应用为电机控制和数字电源。

按照字母顺序，STM32G是STM32F的升级产品，性能介于STM32F和STM32H之间。我们知道，STM32F是基于Arm Cortex-M4内核的，具有浮点运算功能，而STM32H则基于Arm Cortex-M7内核，是STM32家族中性能最高的MCU产品。那么，STM32G4是个什么样的芯片呢？

其实，STM32G4仍然是基于Arm Cortex-M4内核的芯片，不过在诸多方面进行了升级，包括安全性、外设和加速器功能等。那么，STM32G4为何没有采用Arm最新的Cortex-M33内核呢？意法半导体微控制器事业部微控制器产品经理、数字电源及电机控制市场经理Jean-Marc Mathieu博士解释说，在ST准备开发STM32G4的时候，Cortex-M33内核还存在一些不稳定的状况，而开发一款产品需要一定的周期，所以STM32G4仍然采用了Cortex-M4内核。从下图所示的STM32家族成员的定位来看，最新的STM32G4属于主流型产品，而基于Cortex-M33内核的产品仅有一款低功耗型产品。



STM32G4最大特点之一就是集成了更多的模拟外设，如下图所示。更高集成度导致更小的封装尺寸、更高的可靠性和更低的系统成本。这些外设包括运算放大器（内置增益）、DAC、比较器、12位4Msps ADC（硬件过采样16位）、CAN-FD（高达8Msps比特率）、高精度定时器V2（184皮秒）、USB type-C供电3.0和高精度内置RC（-5~90°C 1%，全温度范围2%）。



STM32G4的第二大特点是高性能，尤其是配置了数学加速器。STM32G4的Arm Cortex-M4内核可运行于170MHz，性能达到213 DMIPS和550 CoreMark，优化动态功耗为163μA/MHz。它配有ART加速器（动态缓存）、CCM-SRAM常规增压器（Routine Booster，静态缓存）以及该系列新增的数学运算加速器（三角函数+数字滤波）。数学加速器中的三角函数加速器非常有利于电机控制中所常用的的矢量运算 (FOC)，而数字滤波器(FMAC) 可被用于生成三极点三零点（3p3z）补偿器，适合数字电源应用。

STM32G4的第三个特点是功能安全与信息安全。该芯片配有双Bank Flash支持的ECC (错误检查和纠正）、安全存储区域、硬件加密 AES-256、符合SIL和Class-B标准以及SRAM支持奇偶校验。其中双Bank Flash配置用于安全在线升级，实现升级无缝切换。

前面提到，STM32G4的应用目标包括电机控制和数字电源。电机控制应用包括家电、电动自行车、空调、工业设备、测量仪器、无人机和高端玩具等。这里着重讲一下数字电源应用。

Mathieu博士介绍说，他们从客户那里了解到，客户希望使用通用的MCU技术来实现数字电源应用，这样比专用的DSP方案更容易上手。为此，ST为STM32G474配置了全功能高精度定时器 (HRTIM)，可实现184ps精度和高灵活度 PWM 波形配置。他说，STM32G474的定时器属于二代版本，包括了数字及模拟部分，精度达到184ps，高于之前在产的STM32F334和STM32H743。

G4 产品今已量产，关键参数如下图所示。