La unidad de microcontrolador RA0E1 de Renesas resuelve el problema de diseño precio-rendimiento

La aprobación con "luz verde" y el éxito de las solicitudes electrónicas pueden reducirse a una cuestión de céntimos. Por eso, los ingenieros que eligen la unidad de microcontrolador (MCU) adecuada se enfrentan a menudo al insoportable reto de equilibrar rendimiento y precio. Renesas Electronics Corporation pretende facilitar esa elección con una unidad de microcontrolador basada en Arm® de consumo ultrabajo destinada a aplicaciones integradas sensibles a los costos.

Es difícil sobrestimar la presión a la que se ven sometidos los ingenieros para desarrollar aplicaciones de bajo consumo y bajo costo. Los problemas de la competencia, las expectativas de los consumidores y clientes empresariales y el rápido ritmo de la Innovation aumentan las probabilidades de que incluso un ligero error de cálculo sobre los costos del producto acabado o el rendimiento de la unidad de microcontrolador pueda socavar el éxito.

La unidad de microcontrolador es sólo uno de los componentes, pero su importancia es decisiva a la hora de calcular los costos totales del sistema. Considere que una diferencia de precio de 50 céntimos por unidad podría suponer 50,000 dólares adicionales para una producción planificada de 100,000 productos finales.

Esto puede ser sólo la punta del iceberg: Además del costo real por unidad de la MCU, los desarrolladores deben tener en cuenta una serie de posibles factores de costes ocultos que pueden impactar en los presupuestos de los proyectos, como:

• Licencias de herramientas informáticas y entornos de desarrollo
• Tiempo de formación
• Pruebas y resolución de problemas
• Necesidad de componentes periféricos
• Creación de firmware
• Gestión de alimentación
• Conformidad y certificación

Incluso para series de producción mucho más pequeñas, en las que la diferencia de precio de las unidades de microcontrolador puede no ser muy grande, los costes adicionales relacionados suelen ser relativamente más caros debido a la amortización en un menor número de unidades de producción. Esto podría impedir la aprobación del proyecto.

El consumo de energía y la gestión térmica pueden complicar la selección de la unidad de microcontrolador adecuada.

Cuanta más energía consuma la unidad de microcontrolador, más probable será que el diseñador tenga que incorporar componentes adicionales y, posiblemente, baterías más costosas para aplicaciones móviles y portátiles. Del mismo modo, cuanto mayor sea el consumo de energía, más calor se generará, lo que quizá requiera técnicas de refrigeración adicionales.

Nadie quiere pagar de más por componentes que ofrecen más rendimiento del necesario. Pero tampoco quieren crear una aplicación que no rinda lo suficiente cuando se implemente. Por eso, lograr el equilibrio óptimo entre costo y rendimiento puede ser decisivo para el éxito de una aplicación.

Lograr el equilibrio óptimo

Evidentemente, la elección de la unidad de microcontrolador debe responder a las características y funciones específicas de la aplicación prevista. Pero también tiene que ajustarse al presupuesto deseado, sobre todo cuando se trata de una aplicación sensible al precio. Para ello es necesario encontrar la combinación óptima de rendimiento, consumo de energía y periféricos integrados.

Algunas aplicaciones son más sensibles a los precios que otras. Los dispositivos IoT para el hogar, por ejemplo, se enfrentan a menudo a una intensa presión competitiva de precios, lo que refleja las expectativas de los consumidores de dispositivos más baratos. Las aplicaciones de automatización industrial suelen requerir dispositivos más resistentes y fiables para un uso a menudo desatendido, pero lo más probable es que sigan compitiendo en precio y otras consideraciones.

Encontrar el equilibrio adecuado entre precio y prestaciones empieza por seleccionar la MCU adecuada que cumpla los requisitos de rendimiento, consuma poca energía y ofrezca flexibilidad a los diseñadores de aplicaciones.

Normalmente, las aplicaciones de mayor rendimiento ofrecen más potencia de procesamiento, mayor velocidad de reloj y la capacidad de realizar tareas más complejas. Estas MCU más caras suelen incorporar varios periféricos integrados, lo que reduce la necesidad de componentes añadidos, aunque a menudo con mayores gastos en desarrollo de software y depuración.

Las MCU diseñadas para aplicaciones sensibles a los costes suelen llevar la carga de menos periféricos integrados, memoria limitada y menor flexibilidad de diseño. Sin embargo, ofrecen la ventaja de un menor consumo de energía y una mayor duración de la batería.

Renesas ofrece MCU con múltiples funciones para aplicaciones sensibles al precio

Con el objetivo de simplificar el proceso de selección para aplicaciones de bajo costo, Renesas ofrece el grupo RA0E1, una unidad de microcontrolador rica en características con un consumo de energía extremadamente bajo y periféricos optimizados, que proporciona a los desarrolladores una forma de mejorar sus diseños con una reducida lista de materiales.

Construidas con un núcleo Arm Cortex-M23 de bajo consumo y un impresionante juego de temporizadores integrados, comunicaciones seriales, funciones analógicas y funciones de seguridad y protección, las MCU RA0E1 se dirigen directamente al mercado de aplicaciones sensibles al coste.

El Arm Cortex-M23 se diseñó como procesador básico de 32 bits para un funcionamiento eficiente desde el punto de vista energético. Con una arquitectura sencilla que resulta fácil de aprender y programar, este núcleo MPU incorpora la tecnología de seguridad TrustZone de Arm, funciones de depuración y rastreo para diagnosticar y optimizar las aplicaciones, y compatibilidad con modos de bajo consumo de energía.

El RA0E1 consume 84,3 μA/MHz de corriente en modo activo y 0,82 mA en modo de reposo, lo que lo hace muy adecuado para aplicaciones alimentadas por batería y sensibles a la energía. Su conjunto de características proporciona versatilidad y eficiencia para diversas aplicaciones, como electrónica de consumo, automatización industrial, dispositivos IoT seguros, automatización de edificios y pequeños electrodomésticos.

Con una tensión de alimentación que oscila entre 1.6 V y 5.5 V, los diseñadores pueden utilizar el RA0E1 sin tener que emplear un cambiador de nivel o un regulador de voltaje en sistemas de 5 V. El RA0E1 también incorpora un oscilador en chip de alta precisión, lo que permite a los diseñadores no tener que añadir un oscilador independiente a sus diseños. Su oscilador mejora la precisión de la velocidad de transmisión y mantiene una precisión de ±1.0% en entornos que oscilan entre -40 °C y +105 °C.

Las MCU que combinan varias funciones en un solo chip pueden reducir drásticamente la necesidad de componentes adicionales. Esta integración simplifica el diseño, reduce el espacio ocupado por la placa de circuito impreso y, en última instancia, disminuye el costo global del sistema. Para ayudar a minimizar los periféricos externos, el RA0E1 integra numerosos componentes, entre los que se incluyen:

• Memoria Flash de código integrada de hasta 64 KB y SRAM de alta velocidad de 12 KB con un bit de paridad
• Periféricos analógicos, incluidos un ADC de 12 bits, un sensor de temperatura y un voltaje de referencia interno.
• Periféricos de comunicaciones, incluidas 3 interfaces UART, 1 interfaz UART asíncrona, 3 interfaces periféricas serie simplificadas (SPI), 1 circuito interintegrado (IIC) y 3 IIC simplificados.
• Características de seguridad, incluida la comprobación de paridad SRAM, la detección de accesos no válidos a la memoria, la detección de frecuencia, la prueba A/D, el almacenamiento inmutable, una calculadora CRC y la protección contra escritura de registros.
• Características de seguridad que incluyen una ID única, un generador de números aleatorios real (TRNG) y protección de lectura de Flash.

El entorno de desarrollo y la compatibilidad ascendente

Renesas ofrece a los desarrolladores un entorno de diseño común, el Flexible Software Package, que incluye controladores listos para producción, Azure RTOS, FreeRTOS y otras pilas de middleware. También ofrece a los desarrolladores una vía para migrar sus aplicaciones a MCU de RA más potentes.

Los núcleos de los brazos presentan un alto grado de compatibilidad. El Cortex-M23 utiliza el conjunto de instrucciones Armv8-M, que es compatible con los conjuntos de instrucciones utilizados por otras arquitecturas de núcleo Cortex-M.

Las MCU RA01E de Renesas son compatibles con el pin y los periféricos de la línea de MCU RA2E1 de Renesas que se construyen alrededor de un núcleo Arm Cortex-M23 de 48 MHz que incorpora Flash de código de hasta 128 KB y SRAM de 16 KB. Esto permite actualizar los diseños creados con el RA0E1 a MCU de mayor rendimiento.

Renesas también ofrece la placa de prototipado rápido FPB-RA0E1 (Figura 1) para evaluar, crear prototipos y desarrollar aplicaciones basadas en la MCU RA0E1.

Figura 1: La placa FPB-RA0E1 para la creación de prototipos de aplicaciones de microcontroladores RA0E1. (Fuente de la imagen: Renesas)

La placa de evaluación incluye una interfaz Arduino UNO R3 y dos conectores Pmod. Además, los desarrolladores pueden aprovechar un circuito emulador SEGGER J-Enlace™ integrado que permite escribir y depurar programas sin necesidad de herramientas adicionales.

Conclusión:

La MCU RA01E de Renesas ofrece un impresionante Juego de características y periféricos integrados para el desarrollo de aplicaciones de consumo ultrabajo y sensibles a los costos sin comprometer la relación precio-rendimiento. Viene con múltiples opciones de conectividad y un rico ecosistema disponible con un completo entorno de desarrollo que puede ayudar a la creación de aplicaciones con costes de lista de materiales reducidos y proporcionar una vía para migrar posteriormente las aplicaciones a dispositivos más potentes.