EFM32G280微控制器：低功耗高性能的理想之选

在当今电子设备追求低功耗与高性能的时代，EFM32G280微控制器凭借其独特的设计和卓越的性能脱颖而出。作为一名电子工程师，今天就和大家深入探讨一下这款号称“世界上最节能的微控制器”。

文件下载：EFM32G280F128-QFP100T.pdf

一、产品概述

EFM32G280系列微控制器基于ARM Cortex - M3 CPU平台，具备高性能32位处理器，最高运行频率可达32 MHz。它拥有丰富的外设和灵活的能源管理系统，适用于各种电池供电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

EFM32G280有不同的型号可供选择，主要区别在于闪存和RAM的容量，具体如下表所示：	订购代码	闪存 (kB)	RAM (kB)	最大速度 (MHz)	电源电压 (V)	温度范围 (ºC)	封装
EFM32G280F32 - QFP100	32	8	32	1.98 - 3.8	-40 - 85	LQFP100
EFM32G280F64 - QFP100	64	16	32	1.98 - 3.8	-40 - 85	LQFP100
EFM32G280F128 - QFP100	128	16	32	1.98 - 3.8	-40 - 85	LQFP100

二、系统架构

2.1 ARM Cortex - M3核心

ARM Cortex - M3核心包含一个32位RISC处理器，每MHz可达1.25 Dhrystone MIPS。还集成了支持最多8个内存段的内存保护单元（MPU）和唤醒中断控制器（WIC），能够有效处理CPU休眠时触发的中断。

2.2 调试接口（DBG）

该设备通过2引脚串行线调试接口提供硬件调试支持，还有一个1线串行线查看器引脚，可用于输出性能分析信息、数据跟踪和软件生成的消息。

2.3 内存系统控制器（MSC）

内存系统控制器负责管理EFM32G微控制器的程序内存。闪存可从Cortex - M3和DMA进行读写操作，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，还有一个只读页面包含系统和设备校准数据。

2.4 直接内存访问控制器（DMA）

DMA控制器可独立于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保持低能耗模式。

2.5 复位管理单元（RMU）

RMU负责处理EFM32G的复位功能。

2.6 能源管理单元（EMU）

EMU管理EFM32G微控制器的所有低能耗模式，可控制CPU和各种外设的可用性，还能关闭未使用的SRAM块的电源。

2.7 时钟管理单元（CMU）

CMU负责控制EFM32G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，灵活配置可用的振荡器，有助于软件在特定应用中最小化能耗。

2.8 看门狗（WDOG）

看门狗定时器用于在系统出现故障时生成复位信号，提高应用的可靠性。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）

PRS是一个网络，允许不同的外设模块直接相互通信，无需CPU干预。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 外部总线接口（EBI）

EBI提供对外部并行接口设备（如SRAM、FLASH、ADC和LCD）的访问，该接口映射到Cortex - M3的地址总线，方便软件无缝访问，数据和地址线采用复用方式以减少引脚数量，时序可根据外部设备的规格进行调整。

2.11 集成电路接口（I²C）

I²C模块提供MCU与串行I²C总线之间的接口，可作为主设备或从设备，支持多主总线，支持标准模式、快速模式和快速模式+速度，传输速率从10 kbit/s到1 Mbit/s。还提供从设备仲裁和超时功能，支持SMBus兼容系统。

2.12 通用同步/异步收发器（USART）

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、RS - 485、SPI、MicroWire和3线通信，还可与ISO7816智能卡和IrDA设备接口。

2.13 预编程UART引导加载程序

设备在出厂时预编程了UART引导加载程序，支持自动波特率和破坏性写入功能。

2.14 通用异步收发器（UART）

UART支持全双工和半双工异步UART通信。

2.15 低能耗通用异步收发器（LEUART）

LEUART是一种独特的UART，可在严格的功率预算下实现双向UART通信，仅需32.768 kHz时钟即可实现高达9600波特/秒的通信速率，硬件支持使异步串行通信所需的软件干预和能耗最小化。

2.16 定时器/计数器（TIMER）

16位通用定时器有3个比较/捕获通道，用于输入捕获和比较/PWM输出。TIMER0还包含一个死区时间插入模块，适用于电机控制应用。

2.17 实时计数器（RTC）

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，非常适合计时。

2.18 低能耗定时器（LETIMER）

LETIMER是一个16位定时器，在EM1、EM0和EM2模式下均可使用，可在设备大部分功能关闭时进行计时和输出波形，功耗极低。

2.19 脉冲计数器（PCNT）

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，可由内部LFACLK或PCNTn_S0IN引脚作为外部时钟源，可在EM0 - EM3模式下工作。

2.20 模拟比较器（ACMP）

ACMP用于比较两个模拟输入的电压，数字输出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。

2.21 电压比较器（VCMP）

VCMP用于通过软件监控电源电压，当电源电压低于或高于可编程阈值时可生成中断，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。

2.22 模数转换器（ADC）

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8个外部引脚和6个内部信号中选择输入。

2.23 数模转换器（DAC）

DAC可将数字值转换为模拟输出电压，具有12位分辨率，全差分轨到轨输出，有两个单端输出缓冲器，可组合成一个差分输出，可用于传感器接口或声音输出等多种应用。

2.24 高级加密标准加速器（AES）

AES加速器可使用128位或256位密钥进行AES加密和解密。使用128位密钥加密或解密一个128位数据块需要52个HFCORECLK周期，使用256位密钥需要75个HFCORECLK周期。

2.25 通用输入/输出（GPIO）

EFM32G280有86个通用输入/输出（GPIO）引脚，可分为多个端口，每个端口最多16个引脚。这些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、滤波和驱动强度等。GPIO引脚还可被外设引脚连接覆盖，支持最多16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) ，通过仿真和/或技术表征获得。最小和最大值代表环境温度、电源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，在此条件下不能保证设备的功能正常运行。超出表中规定的极限可能会影响设备的可靠性或导致永久性损坏。	符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
(T_{STG})	存储温度范围		-40		150	°C
(T_{S})	最大焊接温度	最新IPC/JEDEC J - STD - 020标准			260	°C
(V_{DDMAX})	外部主电源电压		0		3.8	V
(V_{IOPIN})	任何I/O引脚的电压		-0.3		(V_{DD} + 0.3)	V
(I_{IOMAX})	每个I/O引脚的电流（灌电流）				100	mA
每个I/O引脚的电流（拉电流）				-100	mA

3.3 一般工作条件

符号	最小值	典型值	最大值	单位
(T_{AMB})	-40		85	°C
(V_{DDOP})	1.98		3.8	V
(APB)			32	MHz
(AHB)			32	MHz

3.4 电流消耗

不同能耗模式下的电流消耗如下表所示：	符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
(EM0)	EM0电流。无预分频。从闪存执行质数计算代码	32 MHz HFXO，所有外设时钟禁用，(V_{DD}=3.0 V)		180	206	µA/MHz
		28 MHz HFRCO，所有外设时钟禁用，(V_{DD}=3.0 V)
		21 MHz HFRCO，所有外设时钟禁用，(V_{DD}=3.0 V)
		14 MHz HFRCO，所有外设时钟禁用，(V_{DD}=3.0 V)
		11 MHz HFRCO，所有外设时钟禁用，(V_{DD}=3.0 V)
		6.6 MHz HFRCO，所有外设时钟禁用，(V_{DD}=3.0 V)
		1.2 MHz HFRCO，所有外设时钟禁用，(V_{DD}=3.0 V)
(EM1)	EM1电流（生产测试条件 = 14 MHz）	32 MHz HFXO，所有外设时钟禁用，(V_{DD}=3.0 V)
		28 MHz HFRCO，所有外设时钟禁用，(V_{DD}=3.0 V)
		21 MHz HFRCO，所有外设时钟禁用，(V_{DD}=3.0 V)
		14 MHz HFRCO，所有外设时钟禁用，(V_{DD}=3.0 V)
		11 MHz HFRCO，所有外设时钟禁用，(V_{DD}=3.0 V)
		6.6 MHz HFRCO，所有外设时钟禁用，(V_{DD}=3.0 V)
		1.2 MHz HFRCO，所有外设时钟禁用，(V_{DD}=3.0 V)
(EM2)	EM2电流（带RTC）	32.768 kHz LFRCO，(V{DD}=3.0 V)，(T{AMB}=25^{circ} C)，RTC预分频至1 Hz
		32.768 kHz LFRCO，(V{DD}=3.0 V)，(T{AMB}=85^{circ} C)，RTC预分频至1 Hz
(EM3)	EM3电流	(V{DD}=3.0 V)，(T{AMB}=25^{circ} C)
		(V{DD}=3.0 V)，(T{AMB}=85^{circ} C)
(EM4)	EM4电流	(V{DD}=3.0 V)，(T{AMB}=25^{circ} C)
		(V{DD}=3.0 V)，(T{AMB}=85^{circ} C)			0.7	µA

3.5 能耗模式转换

能耗模式之间的转换时间如下表所示：	符号	参数	最小值	典型值	最大值	单位
(t_{EM10})	从EM1到EM0的转换时间		0		HF - CORE - CLK周期
(t_{EM20})	从EM2到EM0的转换时间		2		µs
(t_{EM30})	从EM3到EM0的转换时间		2		µs
(t_{EM40})	从EM4到EM0的转换时间		163		µs

3.6 电源管理

EFM32G要求AVDD_x、VDD_DREG和IOVDD_x引脚在PCB级别连接在一起（可选滤波）。具体的原理图建议可参考应用笔记“AN0002 EFM32硬件设计考虑因素”。

3.7 闪存

闪存的相关参数如下表所示：	符号	参数	条件	最小值	典型值	最大值	单位
(EC_{FLASH})	闪存擦除周期数	(T_{AMB}<150^{circ} C)，10000小时	20000			周期
		(T_{AMB}<85^{circ} C)，10年
(RET_{FLASH})	闪存数据保留时间	(T_{AMB}<70^{circ} C)，20年
(t_{W_PROG})	字（32位）编程时间		20			µs
(t_{P_ERASE})	页擦除时间		20	20.4	20.8	ms
(t_{D_ERASE})	设备擦除时间		40	40.8	41.6	ms
(I_{ERASE})	擦除电流		71			mA
(I_{WRITE})	写入电流		71			mA
(V_{FLASH})	闪存擦除和