EFM32HG350：低功耗微控制器的卓越之选

在当今的电子设计领域，低功耗、高性能的微控制器一直是工程师们追求的目标。EFM32HG350作为一款备受瞩目的微控制器，以其独特的特性和强大的功能，在众多应用场景中展现出了卓越的性能。今天，我们就来深入了解一下这款“世界上最节能的微控制器”。

文件下载：EFM32HG350F32G-A-CSP36.pdf

一、产品概述

EFM32HG350采用了ARM Cortex - M0+ CPU平台，具备高性能的32位处理器，最高运行频率可达25 MHz。它拥有丰富的外设和先进的低功耗技术，非常适合电池供电的应用以及对高性能和低能耗有要求的系统。

1.1 产品型号与配置

目前有EFM32HG350F32G - A - CSP36和EFM32HG350F64G - A - CSP36两种型号可供选择，它们的主要区别在于闪存和RAM的容量，分别为32/64 KB Flash和8/8 KB RAM，其他参数如最大速度、供电电压和工作温度范围基本一致。

订购代码	闪存 (kB)	RAM (kB)	最大速度 (MHz)	供电电压 (V)	温度 (ºC)	封装
EFM32HG350F32G - A - CSP36	32	8	25	1.98 - 3.8	-40 - 85	CSP36
EFM32HG350F64G - A - CSP36	64	8	25	1.98 - 3.8	-40 - 85	CSP36

二、系统架构与模块分析

2.1 ARM Cortex - M0+核心

ARM Cortex - M0+核心包含一个32位RISC处理器，每MHz可实现高达0.9 Dhrystone MIPS的性能。同时，还集成了唤醒中断控制器，能够处理CPU休眠时触发的中断。

2.2 调试接口（DBG）

通过2引脚串行线调试接口和微跟踪缓冲区（MTB）提供硬件调试支持，方便工程师进行数据和指令跟踪。

2.3 内存系统控制器（MSC）

作为EFM32HG微控制器的程序存储单元，闪存可由Cortex - M0+和DMA进行读写操作。闪存分为主块和信息块，主块用于存储程序代码，信息块可用于存储特殊用户数据和闪存锁定位。

2.4 直接内存访问控制器（DMA）

DMA控制器能够独立于CPU执行内存操作，减少了CPU的能耗和工作量，使系统在数据传输时能够保持低能耗模式。

2.5 复位管理单元（RMU）

负责处理EFM32HG的复位功能，确保系统的稳定性。

2.6 能量管理单元（EMU）

管理EFM32HG微控制器的所有低能耗模式，可控制CPU和各种外设的开启和关闭，还能关闭未使用的SRAM块的电源。

2.7 时钟管理单元（CMU）

负责控制EFM32HG板载的振荡器和时钟，可单独开启或关闭所有外设模块的时钟，并对可用的振荡器进行配置，以实现能耗的最小化。

2.8 看门狗（WDOG）

在系统出现故障时生成复位信号，提高应用程序的可靠性，故障可能由外部事件（如ESD脉冲）或软件故障引起。

2.9 外设反射系统（PRS）

是一个让不同外设模块直接相互通信的网络，无需CPU参与。发送反射信号的外设模块称为生产者，PRS将这些信号路由到消费者外设，消费者外设根据接收到的数据执行相应操作。

2.10 低能耗USB

提供符合全速USB 2.0标准的设备控制器和PHY，具有超低电流消耗。支持全速（12 MBit/s）和低速（1.5 MBit/s）操作，无需外部组件，在严格的电源预算下也能实现USB通信。

2.11 集成式电路接口（I²C）

提供MCU与串行I²C总线之间的接口，可作为主设备和从设备，支持多主总线，支持标准模式、快速模式和快速模式+速度，传输速率可达1 Mbit/s。

2.12 通用同步/异步收发器（USART）

是一个非常灵活的串行I/O模块，支持全双工异步UART通信以及RS - 485、SPI、MicroWire和3线通信，还可与ISO7816智能卡、IrDA和I²S设备接口。

2.13 预编程USB/UART引导加载程序

在工厂预编程，用户无需调试器即可通过UART或USB CDC类虚拟UART对EFM32进行编程。

2.14 低能耗通用异步收发器（LEUART）

是一种特殊的UART，可在严格的电源预算下实现双向UART通信，仅需32.768 kHz时钟即可支持高达9600波特/秒的通信速率。

2.15 定时器/计数器（TIMER）

16位通用定时器具有3个比较/捕获通道，用于输入捕获和比较/PWM输出，TIMER0还包含一个适用于电机控制应用的死区插入模块。

2.16 实时计数器（RTC）

包含一个24位计数器，可由32.768 kHz晶体振荡器或32.768 kHz RC振荡器提供时钟。除了EM0和EM1模式外，RTC在EM2模式下也可用，非常适合用于计时。

2.17 脉冲计数器（PCNT）

可用于对单个输入的脉冲进行计数或解码正交编码输入，可在能量模式EM0 - EM3下运行。

2.18 模拟比较器（ACMP）

用于比较两个模拟输入的电压，输出数字信号指示哪个输入电压更高。输入可以是可选的内部参考电压或外部引脚电压，可通过改变比较器的电流供应来配置响应时间和电流消耗。

2.19 电压比较器（VCMP）

用于通过软件监测电源电压，当电源电压低于或高于可编程阈值时可产生中断，同样可通过改变比较器的电流供应来配置响应时间和电流消耗。

2.20 模数转换器（ADC）

采用逐次逼近寄存器（SAR）架构，分辨率高达12位，采样率可达每秒100万次。集成的输入多路复用器可从3个外部引脚和6个内部信号中选择输入。

2.21 电流数模转换器（IDAC）

可提供或吸收可配置的恒定电流，电流可在0.05至64 μA之间选择，输出可连接到引脚或ADC。

2.22 高级加密标准加速器（AES）

可进行128位的AES加密和解密，使用128位密钥加密或解密一个128位数据块仅需52个HFCORECLK周期。

2.23 通用输入/输出（GPIO）

EFM32HG350有22个通用输入/输出（GPIO）引脚，可单独配置为输出或输入，还可进行更高级的配置，如开漏、滤波和驱动强度。支持多达10个异步外部引脚中断，输入值可通过外设反射系统路由到其他外设。

三、电气特性

3.1 测试条件

典型数据基于 (T{AMB}=25^{circ} C) 和 (V{DD}=3.0 ~V)，通过模拟和/或技术表征获得。最小和最大值代表环境温度、供电电压和频率的最坏情况。

3.2 绝对最大额定值

绝对最大额定值是应力额定值，在此条件下不保证设备的功能正常运行。超出规定范围的应力可能会影响设备的可靠性或导致永久性损坏。

3.3 一般工作条件

工作温度范围为 -40 至 85 ºC，供电电压范围为 1.98 至 3.8 V，APB和AHB总线的最大频率为25 MHz。

3.4 电流消耗

EFM32HG350在不同的能量模式下具有不同的电流消耗特性，以下是一些典型数据：	能量模式	条件	最小	典型	最大	单位
EM0	24 MHz HFXO，所有外设时钟禁用，(V{DD}=3.0 V)，(T{AMB}=25^{circ}C)	148	158		μA/MHz
EM1	24 MHz HFXO，所有外设时钟禁用，(V{DD}=3.0 V)，(T{AMB}=25^{circ}C)		64	68	μA/MHz
EM2	EM2电流，RTC预分频至1 Hz，32.768 kHz LFRCO，(V{DD}=3.0 V)，(T{AMB}=25^{circ}C)		0.9	1.35	μA
EM3	EM3电流（ULFRCO启用，LFRCO/LFXO禁用），(V{DD}=3.0 V)，(T{AMB}=25^{circ}C)		0.6	0.90	μA
EM4	(V{DD}=3.0 V)，(T{AMB}=25^{circ}C)		0.02	0.035	μA

3.5 能量模式转换

不同能量模式之间的转换时间有所不同，例如从EM1到EM0的转换时间为0个HF - CORE - CLK周期，从EM2到EM0的转换时间为2 μs等。

3.6 电源管理

EFM32HG需要将AVDD_x、VDD_DREG和IOVDD_x引脚在PCB层面连接在一起（可选滤波），具体的原理图建议可参考应用笔记“AN0002 EFM32硬件设计考虑”。

3.7 闪存

闪存具有一定的擦除周期和数据保留特性，例如擦除周期可达20000次，在不同温度下的数据保留时间也有所不同。

3.8 通用输入输出

GPIO引脚具有特定的输入输出电压、电流和电阻特性，可根据不同的驱动模式和负载条件进行配置。

3.9 振荡器

EFM32HG350支持多种振荡器，包括LFXO、HFXO、LFRCO、HFRCO、AUXHFRCO、USHFRCO和ULFRCO，每种振荡器都有其特定的频率范围、启动时间和电流消耗。

3.10 模数转换器（ADC）

ADC具有特定的输入电压范围、分辨率、采样率和噪声性能等参数，在不同的采样率和参考电压下，其信号噪声比（SNR）和无杂散动态范围（SFDR）也有所不同。

3.11 电流数模转换器（IDAC）

IDAC可提供不同范围的电流输出，具有特定的电流步长、温度系数和电压系数。

3.12 模拟比较器（ACMP）

ACMP可比较两个模拟输入的电压，具有可编程的偏置电流和滞后特性。

3.13 电压比较器（VCMP）

VCMP用于监测电源电压，可配置触发阈值和滞后特性。

3.14 I²C

支持标准模式（Sm）、快速模式（Fm）和快速模式+（Fm+），每种模式都有特定的时钟频率和时序要求。

3.15 USB

USB硬件通过了USB 2.0全速认证，具体的测试报告将随应用笔记“AN0046 - USB硬件设计指南”发布。

3.16 数字外设

不同的数字外设（如USART、LEUART、I²C、TIMER等）在空闲状态下具有不同的电流消耗。

四、引脚和封装

4.1 引脚排列

EFM32HG350采用CSP36封装，每个引脚具有多种功能，可通过配置实现不同的外设连接。

4.2 替代功能引脚排列

提供了丰富的替代功能，可通过配置LOCATION位域将不同的功能复用至各个引脚。

4.3 GPIO引脚概述

具体的GPIO引脚分布在不同的端口，每个端口可组织为16位端口。

4.4 CSP36封装

CSP36封装具有特定的尺寸和引脚布局，所有EFM32封装均符合RoHS标准，无溴（Br）和锑（Sb）。

五、PCB布局和焊接

5.1 推荐的PCB布局

提供了CSP36 PCB的焊盘图案、阻焊层和钢网设计的尺寸信息。

5.2 焊接信息

应遵循最新的IPC/JEDEC J - STD - 020无铅回流焊接建议。

六、芯片标记、版本和勘误

6.1 芯片标记

芯片标记包含芯片家族、版本、批次代码、日期代码和方向标记等信息。

6.2 版本

可通过芯片标记中的“Revision”字段确定芯片的版本。

6.3 勘误

具体的设备勘误信息可在Simplicity Studio和在线文档中查看。

七、总结

EFM32HG350以其低功耗、高性能和丰富的外设功能，为电子工程师提供了一个优秀的解决方案。无论是在能源计量、健康与健身应用、智能配件还是工业和家庭自动化等领域，都能发挥出其独特的优势。在实际设计中，工程师们需要根据具体的应用需求，合理配置和使用EFM32HG350的各个模块，以达到最佳的性能和能耗平衡。你在使用EFM32HG350的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。