無(wú)線MCU一直是一個(gè)很火熱的領(lǐng)域，也是比較卷的一塊市場(chǎng)。對(duì)于MCU廠商來(lái)說(shuō)，又要支持更多更新的無(wú)線功能，又要不斷刷新這些MCU的功耗，只有拿出硬實(shí)力，才能真正拿下這塊市場(chǎng)。

2023年12月，ST官宣STM32WL33上市。在日前的STM32媒體溝通會(huì)上，意法半導(dǎo)體中國(guó)區(qū)微控制器、數(shù)字IC與射頻產(chǎn)品部 (MDRF) STM32無(wú)線產(chǎn)品總監(jiān)陳德勇 （Donald CHAN）對(duì)這款新品進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。

針對(duì)低功耗長(zhǎng)距離無(wú)線應(yīng)用的產(chǎn)品

陳德勇在會(huì)議上表示，在無(wú)線應(yīng)用場(chǎng)景中，業(yè)內(nèi)主要有智能工業(yè)、智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、智能家居、資產(chǎn)跟蹤、表計(jì)、報(bào)警系統(tǒng)、熱量成本分配器8大應(yīng)用場(chǎng)景，這些場(chǎng)景對(duì)無(wú)線MCU有極高的要求，包括地宮好、覆蓋范圍、產(chǎn)品推廣模式、外設(shè)，都會(huì)成為無(wú)線MCU是否被選型的關(guān)鍵考量標(biāo)準(zhǔn)。

基于無(wú)線應(yīng)用場(chǎng)景，ST在STM32的sub-GHz系列中已經(jīng)推出了多代產(chǎn)品。而STM32WL33則是一款針對(duì)低功耗長(zhǎng)距離無(wú)線應(yīng)用的新品，它繼承了前兩代的Spirit1和S2-LP，并且在兩年前發(fā)布的W5L系列基礎(chǔ)上進(jìn)行了提升。W5L系列是獨(dú)家支持LoRa的產(chǎn)品IP，WL33系列進(jìn)一步提升整體無(wú)線性能，并在此基礎(chǔ)上體現(xiàn)更多特點(diǎn)。

STM32WL33系列集成了新一代Sub-GHz遠(yuǎn)距離射頻收發(fā)器、Arm Cortex-M0+處理器內(nèi)核和針對(duì)智能表計(jì)應(yīng)用定制的外設(shè)以及改進(jìn)的省電功能。

產(chǎn)品框圖中有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。第一，超低功耗射頻，適合長(zhǎng)時(shí)間工作；第二，提供豐富的外設(shè)和存儲(chǔ)器，能夠支持不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求；第三，內(nèi)部總線設(shè)計(jì)靈活，允許根據(jù)需求配置成各種產(chǎn)品組合；第四，封裝提供了從20引腳到4 引腳的多種選擇，滿足不同設(shè)備的需求；第五，存儲(chǔ)方面RAM和Flash存儲(chǔ)容量非常豐富，能夠承載各種復(fù)雜應(yīng)用的需求。

整體來(lái)看，STM32WL33系列具有高度的集成化，顯著降低了設(shè)計(jì)難度。例如，提供了足夠的內(nèi)存來(lái)支持應(yīng)用擴(kuò)展。此外，還具備一個(gè)獨(dú)特的雙射頻喚醒和發(fā)射功能，這是ST在Sub-GHz支持多種調(diào)制方式中的獨(dú)特能力。

可以說(shuō)，新款MCU大大簡(jiǎn)化了無(wú)線解決方案的設(shè)計(jì)，縮短了產(chǎn)品上市時(shí)間，并延長(zhǎng)了電池續(xù)航時(shí)間。

詳解STM32WL33的細(xì)節(jié)

“STM32WL33的靈活性體現(xiàn)在平臺(tái)的使用方面，特別是在Sub-GHz的調(diào)制解調(diào)功能上，支持多種調(diào)制方式。”陳德勇表示，該產(chǎn)品支持高達(dá)4-(G)FSK的能力，達(dá)到600kbps的傳輸速率，同時(shí)還支持其他調(diào)制方式如FSK、MSK、DBPSK，甚至具有OOK（開關(guān)調(diào)制）能力。其OOK的特殊性在于它展示了超低功耗的喚醒射頻能力，能夠顯著延長(zhǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的電池續(xù)航時(shí)間，尤其適用于Sub-GHz應(yīng)用場(chǎng)景。

在外設(shè)方面，STM32WL33的集成度非常高，大大降低了開發(fā)的復(fù)雜性。能夠有效、及時(shí)地幫助WL33用戶快速、便捷地開發(fā)產(chǎn)品，既能避免考慮使用過(guò)程中的復(fù)雜性，又能滿足快速上市的需求。

在功耗方面，STM32WL33非常適合低功耗應(yīng)用。WL5采用的是雙核架構(gòu)，而WL33內(nèi)部也有另外一個(gè)核心，專門用于無(wú)線寬帶喚醒射頻，主要用于超低功耗場(chǎng)景。這個(gè)核的作用是在主控MCU處于完全休眠狀態(tài)時(shí)，保持常開接收模式，只在檢測(cè)到喚醒信號(hào)時(shí)才激活主控MCU。在這種模式下，功耗非常低，僅為4.2nA。

在通信方面，STM32WL33可以滿足用戶對(duì)于較長(zhǎng)傳輸距離和高靈敏度的需求。其架構(gòu)支持雙輸出功率，根據(jù)不同國(guó)家的法規(guī)要求，WL33可以提供16 dBm甚至20 dBm的輸出功率，優(yōu)化長(zhǎng)距離通信或低功耗模式。在這種場(chǎng)景下，由于其高靈敏度，WL33能夠有效接收信號(hào)，確?？煽康耐ㄐ?。

在調(diào)制方式上，在sub-GHz的應(yīng)用中，ST支持以下幾種調(diào)制方式：例如M-Bus、mioty，甚至是近期非常受歡迎的PLC-RF混合射頻。

值得一提的是，STM32WL33的序列發(fā)生器能夠根據(jù)預(yù)設(shè)的頻次，在不同配置下快速調(diào)整寄存器，調(diào)度預(yù)定義的事件。通過(guò)定時(shí)器的調(diào)度機(jī)制，顯著減少對(duì)CPU的負(fù)擔(dān)，從而有效降低功耗，達(dá)到延長(zhǎng)電池壽命的目的。

此外，STM32WL33的內(nèi)部DC/DC轉(zhuǎn)換器的效率也得到了優(yōu)化，不僅在接收電流方面表現(xiàn)優(yōu)秀，而且其關(guān)機(jī)模式下的關(guān)機(jī)電流也非常低，這為設(shè)備提供了更好的電池續(xù)航表現(xiàn)。

資產(chǎn)跟蹤和表計(jì)應(yīng)用，兩大應(yīng)用場(chǎng)景

根據(jù)陳德勇的介紹，STM32WL33的應(yīng)用場(chǎng)景主要包括表計(jì)類、資產(chǎn)跟蹤、街道照明和智能家居等。這些領(lǐng)域?qū)τ跓o(wú)線MCU的需求已經(jīng)得到了充分的體現(xiàn)，且在業(yè)內(nèi)具備強(qiáng)大的使用場(chǎng)景，表現(xiàn)出極大的應(yīng)用潛力。

具體在資產(chǎn)跟蹤方面，許多設(shè)備通常處于休眠狀態(tài)，因?yàn)樗鼈冃枰L(zhǎng)時(shí)間保持靜態(tài)。當(dāng)具備了長(zhǎng)距離喚醒能力后，一旦在信標(biāo)中發(fā)射喚醒信號(hào)，附近的網(wǎng)關(guān)就能捕捉到該信號(hào)，并啟動(dòng)資產(chǎn)跟蹤儀表板進(jìn)行登記，然后設(shè)備再次進(jìn)入睡眠模式。這種喚醒機(jī)制有效地支持了長(zhǎng)時(shí)間的低功耗運(yùn)行。而STM32WL33的喚醒射頻功能可延長(zhǎng)電池壽命。

而在表計(jì)類設(shè)備應(yīng)用中，許多表計(jì)設(shè)備通常位于家庭網(wǎng)關(guān)中，位置較為隱蔽，難以直接觸達(dá)，使得遠(yuǎn)程抄表信號(hào)的傳輸存在一定難度。然而，通過(guò)提高接收器的靈敏度，步行抄表或通過(guò)駕駛網(wǎng)關(guān)沿途篩選并喚醒表計(jì)設(shè)備變得更加高效。在這種情況下，特定的喚醒信號(hào)可以激活這些表計(jì)設(shè)備，從而收集足夠的數(shù)據(jù)。

STM32WL33系列在表計(jì)領(lǐng)域展現(xiàn)了其獨(dú)特的能力。其擁有出色的超低功耗表現(xiàn)，不僅具備高效的能效管理，還集成了多個(gè)豐富的外設(shè)。例如，芯片內(nèi)部集成了LC傳感器控制器和LCD驅(qū)動(dòng)器，這使得在流體表計(jì)應(yīng)用中，無(wú)需外接LCD驅(qū)動(dòng)器或額外的LC傳感器，就能高效完成數(shù)據(jù)采集和顯示功能。此外，WL33系列支持多達(dá)三個(gè)LC網(wǎng)絡(luò)，極大滿足了水表等設(shè)備的需求。由于這些高度集成的外設(shè)，表計(jì)設(shè)備的 BOM 成本可以降低20%～30%，這對(duì)于降低整體成本和提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

這些特點(diǎn)使得表計(jì)類，特別是水表類的制造商使用該芯片意愿非常高，許多廠商已經(jīng)開始將其遷移到新的芯片平臺(tái)上，進(jìn)一步驗(yàn)證了該產(chǎn)品在行業(yè)中的適用性和優(yōu)勢(shì)。

廣闊的生態(tài)支持

為幫助用戶加速系統(tǒng)開發(fā)，ST為開發(fā)人員提供了廣闊的 STM32 生態(tài)系統(tǒng)支持。生態(tài)系統(tǒng)包括STM32WL33器件專用的 STM32CubeWL3 軟件、中間件和NUCLEO-WL33CC1 868/915MHz開發(fā)板、NUCLEO-WL33CC2 433MHz開發(fā)板。

在開發(fā)方面，STM32WL33也完全融入了STM32Cube生態(tài)之中，提供了諸如無(wú)線性能監(jiān)測(cè)工具Cube MonitorRF和無(wú)線編程工具Cube ProgrammerRF。在這基礎(chǔ)上，ST還為廠商提供免費(fèi)的無(wú)線參考設(shè)計(jì)原圖，這解決了許多無(wú)線產(chǎn)品開發(fā)中的主要障礙，特別是設(shè)計(jì)圖的問(wèn)題。

“無(wú)線產(chǎn)品的開發(fā)離不開測(cè)試與評(píng)估，為此，ST也提供了一整套開發(fā)工具來(lái)測(cè)試和評(píng)估射頻功能。”陳德勇介紹到，ST為用戶提供了一款基于圖形用戶界面的工具箱——Wireless Studio Environment (STM32CubeWiSE)，可大大縮短學(xué)習(xí)時(shí)間并帶來(lái)開箱即用的體驗(yàn)。

鑒于無(wú)線產(chǎn)品對(duì)外圍封裝和匹配電路有較高要求，ST還特別設(shè)計(jì)了一款射頻 IPD（集成射頻器件）芯片，幫助客戶完成匹配電路、巴倫、濾波器等的集成與優(yōu)化。

值得一提的是，ST的無(wú)線MCU產(chǎn)品也在踐行“在中國(guó)，為中國(guó)”（China-for-China）的理念，為中國(guó)客戶提供諸多支持與服務(wù)。ST上海實(shí)驗(yàn)室擁有一支經(jīng)驗(yàn)豐富的無(wú)線專家團(tuán)隊(duì)，能夠?yàn)榭蛻籼峁o(wú)線產(chǎn)品的天線匹配測(cè)試和優(yōu)化支持。