瑞萨电子RA4L1的表计应用解析（下）

 

RA4L1

往期回顾：  RA4L1的表计应用解析（上）：  https://www.elecfans.com/d/6614445.html

针对全球电表市场，瑞萨的电表MCU有两大种类。

上面一部分是电表分离架构里的基本主控位置上的MCU：从曾经风靡中国国网的RL78/004，020一脉相承的低功耗工艺上，同时满足了当前电表应用的RA4L1和RA4下一代新产品。

中间的RX72N，RX65N，RA6，RA4系列，不是典型的电表MCU，但是由于其高安全性和大Flash等特点，也在某些细分电表应用中得到广泛的采用。

RA4L1就是今天我们讨论的对象。另外一颗RA4，暂且名字保密，更方面性能有了进一步提升，会在下半年早期量产。

这张产品路线图里的下半部分是电表集成架构下的所谓SoC，即集成了计量和主控一体的MCU芯片。RL78/I1C，得益于精确计量库，防窃电设计，抗干扰特性等优点，在印度电表市场占据超过90%的市场份额。去年量产的RA2A2是它的ARM内核升级。从32MHz的16位瑞萨私有内核升级到48MHz的ARM Cortex-M23内核，高精度ADC通道扩展到7个，可以提高更高精确度的计量。由于扩展到32位MCU，SRAM的容量也相应增大。RA2A2的高精度ADC支持直流计量，在充电桩，光伏设备应用上的电能计量也非常合适。另外它的24位分辨率ADC采样率提高了一倍，达到8KHz，对NILM应用所需的信号采集也能提供充分的支撑。

简而言之，RA4L1就是电表分离架构中的主控MCU。RL78/I1C和RA2A2就是电表集成架构中的SoC。

对于主控MCU的位置，需要满足低功耗，强安全性，集成段码屏，高精度RTC等。这里的低功耗主要是待机功耗要低，并且具有一定容量的SRAM保持。因为市电停电的情况下，MCU会进入低功耗模式，一般就是维持RTC继续和看门狗运行，并定期唤醒喂狗或者执行温漂校准。

接下来我们看看RAL1和它的下一代，如何满足这些应用要求。

这是RA4L1的特性一览。Cortex-M33内核，支持TrustZone。RA4L1已经获得PSA level-1认证证书，客户可以在PSA网站上查询。

* RA4L1具有512K双Bank Flash和低功耗全保持的32K SRAM，以及8K data flash。

集成段码屏驱动，并内置电荷泵。8 COM显示时，即使外接的是3V屏也不会出现鬼影。

12通道的电容触摸感应。将机械按钮升级成触摸按钮，防水性能更佳，还能在人机交互方面提升产品的差异化。

除了电表常用的UART，SPI，I2C接口，还集成了CANFD，USB。这里的SCI是瑞萨特有串口通信模块，可以配置成UART，SPI，I2C不同功能。因此最多可以有8个UART。CANFD可以和一些电池相关的新能源设备连接，扩展了计量设备的使用场景。

RA4L1支持DLMS的Suite1，在AES256之上，集成ECC256/SHA256。片上密码学模块能抗侧信道攻击。

芯片封装种类比较丰富，LQFP，BAG，QFN都有，最小引脚48pin，最大可达100pin。

作为需要电池供电的应用主控，RA4L1的供电范围可以低至1.6V。

下半年也会上市的RA4xx，相比RA4L1在安全性，SRAM容量，RTC精度方面有了进一步提升。

主要有以下几点：

* SRAM从64K提升到96K，仍然是可以低功耗模式下全部保持。

RTC域有独立供电引脚，并且RTC可调最小步长是0.03ppm。

安全性方面可以支持DLMS的全部Suite，包括RA4L1不能支持的Suite2。

RA4L1只有两种封装，LQFP100和LQFP64。

RA4XX两个封装都是支持Ta=105°。而RA4L1在LQFP48，LQFP64，LQFP100，以及QFN48这四种封装下可以支持到Ta=125°。

我们来看看RA4L1的低功耗模式。在正常工作模式之外，有三种低功耗模式：sleep，snooze， software standby。

从图中表格可以看到，从Sleep开始只有内核停止运行，到Snooze模式，内核和Flash都停止工作，在最低功耗的software standby，Core，Flash，SRAM全部停止工作，当然SRAM里内容是都可以保持的。其他片上外设分为两组，RTC，低功耗定时器，独立看门狗，LVD，低功耗UART，I2C，I3C，比较器，LCD是在software standby模式下，可以选择工作或者不工作，其他外设都停止工作。

这三种低功耗模式的退出都可以通过中断实现。任意中断都可以推出sleep模式；Snooze模式下，有一些中断才能唤醒MCU；而software standby模式下，能唤醒MCU的中断更少一些。具体详情还请查阅芯片手册【低功耗模式】这一章节。

功耗方面，80MHz全速运行coremark程序消耗13.4mA。电表应用中主要看software standby模式，因为MCU只在市电有电的情况下长期运行于normal模式。Software standby模式下，64K SRAM全保持下，消耗1.7uA；如果只开前16K SRAM，功耗差不多，1.65uA。

从最低功耗模式唤醒，如果是MOCO（片上中速振荡器）作为时钟源，唤醒时间只需要3.5uS，因为振荡器能快速起振并稳定下来。如果唤醒后要工作在MOSC（精度较高的高速外部晶振），唤醒时间最长，需要2.1ms。

由此可见，RA4L1和它的下一代产品，非常适合对高安全性，高稳定性的有要求的高端海外电表的基表主控位置。

那么在电表应用的时候，这两颗产品如何选型呢？这种图给大家一个快速提示：

首推RA4L1下一代，如果需要搭配新能源设备，有CANFD需求，仍然首选RA4L1下一代。如果是要USB升级，那么RA4L1可以用上来，如果想提升按键的用户体验，实现防水触摸，就选择RA4L1。RA4L1下一代有两个供电域，因此I/O数量要比RA4L1少一点，需要更多I/O引脚，RA4L1更好一些。当然，如果RA4L1和RA4XX的I/O数量都不够，我们推荐外接LCD驱动，或者使用COG屏。RA4这两款都是Cortex-M33内核，和采用Cortex-M0内核的中国国产MCU不一样，内核较大，需要更多的电源引脚。因此I/O数量稍微会有些牺牲。但是Cortex-M33内核的TrustZone和PSA支持，又给电表应用带来更好的助力。

未完待续

上期链接请点击：

瑞萨RA4L1的表计应用解析（上）：https://www.elecfans.com/d/6614445.html

瑞萨RA4L1系列微控制器与RA4L1-SENSOR套件概述（数据手册免费下载）请点击：https://www.elecfans.com/d/6509027.html

瑞萨RA4L1系列微控制器与RA4L1-SENSOR套件概述（数据手册免费下载）请点击：  https://www.elecfans.com/d/6509027.html