前言

随着物联网技术带来的变革性影响逐步深入，智能家居、工业物联网等下游应用领域的市场需求将面临爆发式增长，市场规模快速扩大。根据IDC的调研，智能家居的出货量可能会从2021年的8.95亿上升到2026年的14.4亿

因用户规模以及生活水平的提升，我国成全球主要智能家居市场之一。2022年中国智能家居出货量2.6亿台，到2026年出货量达到5.25亿台。其中智能家电出货量将从2022年的1亿台成长到2026年的2亿台。

中颖电子自2002年开始进入家电MCU市场，与国内主要头部家电厂商建立了长期的合作伙伴。经过二十年的长期耕耘，目前已成为国产家电MCU龙头厂商，市场占有率保持领先，在小家电、白色家电的多个细分领域有着齐全的MCU产品线。

随着家电的智能化发展，对MCU的性能和资源要求不断提高，同时Wi-Fi/BLE联网也逐渐成为智能家电产品的标配功能。中颖电子在2020年正式推出了一系列基于ARM M3/M0+系列应用于家电领域的32bit MCU产品之后，因应其I-IoT（工业物联网）战略，即将于2023年底正式推出集成Wi-Fi/BLE无线联网功能的MCU，这也将是业界第一颗专门针对家电应用打造的的Wi-Fi MCU产品。接下来，本文将重点介绍这颗型号为SH87F8962的无线MCU产品。

SH87F8962相比其他传统MCU产品主要有如下特点：

一、增加了Wi-Fi/BLE无线通信连接功能，可直接满足家电智能化联网需求

二、采用双核架构，分别用于控制和通信，兼顾稳定性、高性能、低功耗和易用性

三、继承中颖工业级MCU的优秀品质，在抗EMC干扰、工作温度等各方面满足复杂的工业环境应用

四、集成了LCD/LED显示、触摸、PWM、ADC等丰富的外设资源，尤其适合家电类应用

五、采用SiP系统级先进封装工艺，集成了射频相关的外部元器件，体积极小，同时保证无线性能一致性，有效降低客户端综合生产成本

支持Wi-Fi/BLE双无线协议的无线通信功能

我们知道，现在家庭的网络基础设施当中Wi-Fi是最普及的，因此智能家电实现远程通信控制的方式基本上都是采用Wi-Fi连接无线路由器的方式。考虑到不同家电在家中拜访的位置不一样，要保证Wi-Fi通信的可靠性和稳定性，对无线收发的性能有一定要求。此外，对于用户使用而言，家电设备的Wi-Fi配网过程在过去是一个比较复杂而繁琐的过程，这是由于家电设备往往不像手机这样有着方便的显示和输入的人机交互方式。因此现在最新的智能家电都加入了BLE（低功耗蓝牙）的连接方式，通过手机APP来实现一键配网，方便且不易出错，极大的改善了用户体验。

基于上述考量，SH87F8962增加的无线通信功能模块同时支持Wi-Fi和BLE两种无线通信协议。其中无线射频模块工作在2.4G频段下，是Wi-Fi和蓝牙都能工作的ISM频带，不仅仅是节省芯片面积，更主要的是Wi-Fi在2.4G频段相比5G频段具有更好的穿墙能力，确保设备连接的稳定性。

SH87F8962的Wi-Fi部分集成了符合单流IEEE 802.11b/g/n标准的PHY、MAC和Baseband，支持HT20和H40两种带宽模式，最高可支持到150Mbps，足以满足智能家电的远程控制和数据传输需求。SH87F8962在Wi-Fi模式下发射链路的最大发射功率达到20dBm，接受链路的接受灵敏度则达到-98dBm，整体链路预算达到108dBm，有效的保证了家庭环境下的无线覆盖能力。

SH87F896的BLE部分则是集成了完全符合低功耗蓝牙5.1标准规范的PHY、Linklayer以及协议栈。支持蓝牙2Mbps通信速率，Long range长距离模式，AOA/AOD定位、以及蓝牙SIG Mesh通信协议。除了可用于Wi-Fi配网，点对点手机控制，还可以拓展到Mesh组网乃至室内定位等更复杂的应用场景。

稳定灵活的双核架构

目前市面上的Wi-Fi MCU产品基本上都是单核架构，在实现Wi-Fi或BLE通信时，芯片内核必须兼顾处理用户应用以及无线射频部分，而这两个部分物理上对资源的要求不同，且因为需要分时处理会使得任务处理时间长并增加功耗。同时对开发者来说，开发时间和工作量也会增加。因此，目前在具体应用当中，往往还是采用专用的无线芯片搭配MCU芯片的方式。

SH87F8962采用了双核架构，将应用处理与无线射频处理分开，分别是32bit ARM M3内核的主MCU系统和ARM M-Star内核的无线子系统。在设计上，主MCU系统和无线子系统的Flash和RAM资源是各自独立的，这样的设计具备上面提到的无线芯片搭配MCU芯片的两颗芯片方案的灵活性优点：

a.首先是有效保证了两个内核可以并行同时工作，效率大幅提高，双核调度协调的复杂度降低。主MCU可以专门处理用户应用相关的功能处理，而无线子系统则专门负责与连接相关的处理，彼此之间只需要少量的通信和协调控制。

b.其次是整体稳定性更有保证。当无线射频部分因为意外原因导致通信受阻或出错时可以通过主MCU进行恢复，容错能力更强，而主MCU的正常用户应用不会受到任何影响。

c.网络安全性好。MCU主系统具有Flash硬件加密机制，确保固件的安全性，而无线子系统具有专门的硬件加密引擎，支持各种主流加密算法，确保网络通信的安全性。且由于两个系统相对独立，可有效防护通过网络对主MCU系统的攻击。

d.功耗控制更加灵活。主MCU和无线子系统各司其职的同时，也可以各自休眠，尤其是Wi-Fi这种射频电流较大的模块，在休眠状态下可以极大的降低整机功耗。

e.开发自由度更高。客户可以分别安排专门负责应用开发和无线通信开发的工程师，同时进行应用开发和无线通信功能的设计，并行开发和调试的效率也明显提高。

此外，SH87F8962作为双核单颗芯片产品，成本相比双芯片方案不仅在整个系统成本上更低，在客户供应链管理方面也更加方便。

高性能、高可靠性

SH87F8962的两个内核都采用了高性能32bit ARM内核。

其中主MCU内核为ARM M3，支持72MHz最高主频，由于采用特殊结构的存储器指令加速模式，可使系统获得近乎零等待周期的高运行效率,能够同时进行更加复杂的人机交互处理如显示、触摸等任务。高效的指令执行效率以及完备的生态系统，支持家电应用从传统控制系统向网络式智能化控制系统迈进。

无线子系统则是采用了ARM Star内核，这是ARM中国推出的基于ARM V8-M指令集的新一代处理器内核，相比ARM M3的V7-M指令集架构在性能上提高20%。此外ARM Star内核还包含了DSP单元，相比ARM M3的预算性能提高10倍。因此SH87F8962的无线子系统采用ARM Star内核，且主频高达160MHz，保证了Wi-Fi/BLE通信的稳定高效，同时可以支持各种复杂的安全加密算法，有效保证了网络安全。此外，随着家电智能化的发展，AI处理需求越来越多，也能通过无线子系统这颗强大的CPU内核进行处理。

除了性能方面较中颖过往8bit MCU产品系列有着巨大的提升，SH87F8962一如既往的继承了中颖MCU坚如磐石的品质和可靠性，特别适用于对环境复杂度较高的家电/工控应用。其设计的工作温度为-40°C~105°C，完全满足工业级应用的温度范围。2.0~5.5V的宽工作电压范围，可以很好的满足家电应用乃至各类工业应用。在EMC抗干扰方面，无论是ESD还是EFT都可以达到Class 3A的级别。在新增的无线连接功能部分，经过了大量复杂环境下的连接可靠性测试，以确保在各种干扰环境下都能提供稳定可靠的通信功能。

大资源、丰富的外设模块

如同中颖其他MCU系列，SH87F8962集成了丰富的外设模块和片上资源，以及成熟的工具链和开发环境。

SH87F8962的主MCU系统CPU主频为72MHz，Flash ROM有256K，RAM为32K，丰富的外设资源包括1个8通道DMA控制器、24通道的12bit ADC、24通道的触摸按键、12x16支持256级调光的LED驱动器、8x36的LCD驱动器、8个PCA、4个PWM定时器、的4个16bit通用定时器（可级联成2个32bit定时器）、1个24bit基本定时器，以及6个UART、2个SPI、2个I2C通信接口。

SH87F8962的独立无线子系统除了提供WiFi和BLE无线通信接口，CPU主频160MHz，片上Flash有4MB，RAM为352K，QSPI接口可扩展外部Flash达到256M，以及支持AES、HASH、ECC、ECDH等各种主流加密算法的硬件加密引擎。

为了方便客户开发，中颖为SH87F8962同样提供了完整的开发资料，包括数据手册、Keil开发插件、Sinolink调试工具、参考代码等，针对无线子系统则包括专门的软件SDK、FreeRTOS等，方便客户快速上手。

高集成度、低成本

除了上述提到的SH87F8962的的众多价值，还有一个客户非常关心的重点是成本。成本也不仅仅是指芯片成本，还包括BOM、生产、测试等方面的成本。SH87F8962本身设计的集成度比较高，除了前述的单芯片双核架构，集成丰富外设之外，在无线子系统部分较传统无线芯片集成度更高。

SH87F8962的无线子系统不仅把巴伦（Balun）内置，省掉了外部巴伦，最关键的是采用先进的SiP系统级封装工艺，将其他射频相关的器件如晶振、电感、电容、电阻等全部集成到芯片内部，芯片的尺寸只有9mm x 9mm，真正做到与传统MCU几乎一样精简的外部器件。由于采用先进封装工艺，器件物料品质管理更加严格，并且在芯片出厂时经过了完整的测试，包括射频性能测试，产品无线性能的一致性得到保证，有效降低客户端的测试成本。应用上最少可以做到两层板，加上芯片的尺寸小，且没有额外的外部元器件，这也大大的降低了所需的PCB成本。并且由于PCB可以做得更小，在小型化应用有着明显的优势，可以提供客户在产品ID方面更大的创意发挥空间，提供给消费者更有吸引力的产品。

结束语

随着物联网的发展，MCU在IoT应用场景越来越多，无线MCU则是MCU未来发展的一个重点方向。品质与可靠性是中颖MCU始终追求的目标，因此中颖的无线产品长期定位是I-IoT（工业物联网），而与工业应用最接近的其实是家电应用。家电始终都是中颖MCU重点耕耘的领域，每年都会保持高比例的研发投入和推出新的MCU产品。家电智能化趋势已经形成，因此中颖在I-IoT MCU产品线上的第一颗产品就是针对智能家电应用推出的SH87F8962。并且随着拓展的更多细分家电应用，中颖还会推出更多的无线集成的MCU。持续保持中颖MCU在家电领域的优势，给客户提供综合成本更优、性能和品质更好的无线MCU产品系列，同时提供一如既往成熟的开发环境和良好服务。

家电MCU面临新挑战

在家电领域，目前市场上空调、冰箱、洗衣机三大白电销售总量均稳定上升，根据产业在线的数据，2021年三大白电MCU市场规模已超过7亿颗。随着人们生活水平的不断提高，未来智能家电市场将不断加速发展，MCU市场需求持续扩大。

智能化、高端化、绿色健康、安全已成为当前智能家电发展新趋势。受国家能效相关政策法规驱动，中国变频家电（高能效）渗透率稳步提升；整机厂商降本增效的压力始终存在，要求家电主控芯片具有高集成度，尽量减少外围器件，进而缩小PCB尺寸；随着用户对舒适性的追求不断提高，要求家电电机转速平稳、无明显电流噪声；另外在家电联网、FOTA升级等方面还需要解决安全问题。家电领域这些发展和需求新变化，都对作为智能家电电控核心的MCU芯片提出了新的技术挑战。

N32G430在家电应用领域的核心技术优势

国民技术精心打造的N32系列MCU在家电领域用途广泛，其新成员N32G430具有高性能、高集成、高可靠等技术特点，极具性价比，在家电电控与电机应用方面具有核心技术优势，可提供16个子型号满足家电领域对高效智能与综合成本控制的极致需求。

优异的性能表现，支持浮点FOC运算

N32G430系列采用Arm®Cortex®-M4F内核，工作主频128MHz，支持浮点运算和DSP指令，内置1KBCache。在同等资源情况下高性能表现优异，芯片性能达到160DMIPS，Coremark跑分高达420，待机功耗低至3uA（3.3V@25℃）。

借助强大的浮点数处理能力，N32G430在计算转矩，偏心等方面更加灵活，速度也更快。例如在洗衣机应用中很重要的转矩负载，偏心等参数计算，由浮点型运算计算出来的转矩更精确，分辨率更高，偏心参数比定点型的更准确。

集成度高，模拟资源与数字接口丰富

N32G430采用40nm先进工艺，针对家电电控与电机应用提供业内领先的高性能独立5MspsADC，具备64级可调比较基准的3路高速比较器等模拟资源。

在采样精度相同的情况下，ADC采样速度越高，对功率器件开关噪声抑制能力越强。N32G430的12位ADC采样速率达到业内领先的5Msps采样能力，在下桥臂电阻采样应用中，调制比可以更加接近于100%。N32G430的ADC支持高达16个外部采样通道，支持单端模式和差分模式采样，支持PWM周期内多次任意时刻触发ADC采样，使得电机控制应用中的电流采样方式更加灵活。

N32G430每个比较器与多个PIN脚可实现软件切换。在过流保护方面，通过比较器接受过流信号，用比较输出结果直接控制高级定时器的6路互补输出，可快速关断驱动；N32G430丰富的比较器PAD作为普通GPIO输入功能使用，可以灵活调整IO电平的判断阈值，使得读取HALL信号等转子信息需要滤除复杂干扰信号的场景易于实现，无需增加PCB成本。

芯片具有4个U(S)ART，2个SPI，2个I2C，2个I2S，1路CAN2.0A/B总线等数字接口，可满足电机控制对CAN/RS485/LIN等接口需求。目前N32G430面向不同行业和应用场景可提供多达16个子型号产品供用户选择。

高可靠性，IO支持FT，具有宽工作温度范围

N32G430系列具有IO耐压、滤除杂波信号、宽工作温度范围等多项可靠性优势，其所有IO均支持FT，可保护IO免受5V电压冲击损伤，而且所有IO都有数字滤波功能，无需外置滤波电路，可提高恶劣环境下抗干扰能力。

芯片支持工业增强级工作温度范围，在-40℃～105℃可正常稳定工作。

芯片抗静电能力：±4kVESD（HBM）。

N32电控MCU系列产品及其典型应用

国民技术电机系列MCU产品包括N32G03x、N32G43x、N32G45x等系列产品。其中N32G430系列以其高性能、高集成、高可靠和超高性价比等优势，在家电、消费和工业等多个行业领域具有广泛用途。

在家电领域，N32G430可应用于冰箱，压缩机，空调，洗衣机，油烟机，破壁机、洗碗机等，目前已在洗衣机等部分家电应用领域开始出货。

在消费应用领域，N32G430可用于风机/吸尘器，手持云台，电动工具、平衡车，无人机电调、视频接收卡、红外血氧仪等产品。

在工业控制与汽车电子等领域，N32G430可用于伺服，机器人，步进电机，两轮车电机，车窗控制、BMS、CANBOX等需求场景。

N32G430完善的开发生态

N32G430配套提供N32G430C8L7-STB开发板，全面支持Keil、IAR和GCC等软件开发工具，并提供NS-LINK高效率量产工具。中英文开发套件、应用笔记、参考设计、移植指南等全套文档一应俱全，官网开放全部资料下载，并提供多渠道的线上技术交流与支持。

国民技术领先的电机控制技术与方案支撑能力

国民技术拥有业内领先的变频电机控制技术、电机参数自动识别技术、各种先进电机控制算法等电机控制技术，并提供功能完善的可视化电机控制开发套件，工程师很容易上手，可快速搭建好电控产品应用原型。

新唐科技针对智能家电如白电的冰箱、洗衣机、空调，厨电的咖啡机、电饭煲、电烤箱，健康护理家电的扫地机、空气清净机、净饮机、刮胡刀等应用，推出Arm Cortex-M内核的智能家电主控的新型号M471系列与M071系列微控制器。M471系列与M071系列整合IEC60730-1 Class B Annex H认证过的软件测试库（STL），可以显著减少开发时间和加速IEC60730-1 家用电器 B 类认证时间。同时也整合2.5V至5.5V的宽工作电压提供良好的信噪比、多种具有宽引脚间距的封装以及出色的高抗扰特性，ESD HBM 8KV、EFT 4.4KV，极大满足智能家电系统稳定性、可靠性和安全性的刚性要求。新唐针对平台提供ECO system技术支持，使用者可以轻易的导入开发，快速无痛的切换至新唐平台，还可大幅的缩短开发时程，加速产品推广上市。

M471系列是基于Arm Cortex-M4F内核的32位微控制器。提供运行频率高达 120 MHz，提供高达512 KB的dual bank Flash支持FOTA（在线韧体更新），64 KB SRAM用于运行时操作，32 KB独立Data Flash提供了256 Bytes的page erase单元。M471系列整合丰富的外设，包括遥控器自定义红外接收器（CIR）、多达24路16位PWM、1组Quad-SPI和实时时钟（RTC）、2组模拟比较器、多达24路12位SAR ADC、1路8位DAC。M471系列还整合了PRNG（Pseudo Random Number Generator随机数产生器），支持智能家电主控的加解密需求。

M071系列基于Arm Cortex-M0内核的32位微控制器，工作频率高达72 MHz。为了符合智能家电主控需求，具有高达256 KB的Flash，20 KB的SRAM，4 KB的ISP（In-System Programming在系统编程）ROM以及ICP（In-Circuit Programming在线编程）ROM和IAP（In-Application Programming应用内编程）ROM。为了用于特定 I/O 引脚的可调 VDDIO 引脚。M071系列整合了 SPROM（Security Protection ROM），提供安全的程序执行区来保护开发商的智财。除此之外，M071系列还配备了大量的外设，如多达12个16位PWM信道，多达20个信道12 位 ADC、模拟比较器、温度感知器、LVR（Low Voltage Reset低电压复位）和BOD（Brown-out Detector欠压检测器）。

为了提高客户工程开发之便利性，新唐科技提供基于NuMicro^® M471系列及M071系列的NuMaker智能家电开发平台。下图是M471KI8AE系列的NuMaker-M471KI智能家电开发平台。M471 目标板包括用于跟踪指令的嵌入式跟踪宏单元 (ETM)、用于为遥控器进行模式匹配和译码的嵌入式硬件 IR 接收器。开发板上预留的陶瓷谐振器封装可用于 4~24 MHz 高速外部 (HXT) 时钟。