설계 시 고려해야 할 가격 대비 성능 문제를 완화해 주는 Renesas의 RA0E1 MCU

‘그린 라이트’ 승인과 전자 응용 제품의 성공은 결국 비용 문제로 귀결됩니다. 그런 이유로 엔지니어는 올바른 마이크로 컨트롤러 장치(MCU)를 선택하기 위해 성능과 가격의 균형을 맞춰야 하는 상당한 어려움에 직면합니다. Renesas Electronics Corporation은 비용에 민감한 내장형 응용 제품을 대상으로 하는 초저전력 Arm® 기반 MCU를 통해 이러한 선택에 대한 문제를 완화한다는 목표를 두고 있습니다.

전력 효율적인 저비용 응용 제품을 개발해야 하는 엔지니어의 부담은 아무리 강조해도 지나치지 않습니다. 경쟁 문제, 소비자와 비즈니스 고객의 기대치, 빠른 혁신 속도 때문에 완제품의 비용이나 MCU의 성능을 조금만 잘못 계산하더라도 성공의 걸림돌이 될 수 있습니다.

MCU는 한 개 부품에 불과하지만 전체 시스템 비용을 산정할 때 매우 중요한 요소입니다. 생산하려는 최종 제품이 100,000개라고 가정하면, 단위당 가격 차이가 50센트만 되더라도 최대 50,000달러의 비용이 추가될 수 있습니다.

이는 빙산의 일각에 불과할 수 있습니다. 개발자는 MCU의 실제 단위당 비용 이외에 프로젝트 예산에 영향을 줄 수 있는 다음과 같은 다양한 잠재적이고 숨겨진 비용 요소를 고려해야 합니다.

• 소프트웨어 도구 및 개발 환경에 대한 라이선스 비용
• 교육 시간
• 테스트 및 문제 해결
• 주변 장치 부품의 필요성
• 펌웨어 제작
• 전력 관리
• 규정 준수 및 인증

MCU 가격 차이가 크지 않은 소규모 생산에서도 생산 단위가 적을수록 상각으로 인한 관련 추가 비용이 상대적으로 더 높아지는 경우가 많고, 이로 인해 프로젝트 승인 자체가 무산될 수도 있습니다.

전력 소비와 열 관리로 인해 올바른 MCU를 선택하는 것이 복잡할 수 있습니다.

MCU에서 더 많은 전력을 소비할수록 설계자가 모바일 및 휴대용 응용 제품을 위해 추가 부품과 더 비싼 배터리를 사용해야 하는 가능성은 높아집니다. 마찬가지로 전력 소비량이 많을수록 더 많은 열이 발생하므로 추가적인 냉각 기술이 필요합니다.

필요 이상의 성능을 제공하는 부품에 과도한 비용을 지불하고 싶은 제조사는 없습니다. 하지만 배포했을 때 성능이 떨어지는 응용 제품을 만들고 싶은 제조사도 없을 것입니다. 따라서 비용과 성능 간에 최적의 균형을 이루는 것이 응용 제품의 성공을 좌우할 수 있습니다.

최적의 균형 달성

계획된 응용 제품 고유의 특징 및 기능 요구 사항을 충족하는 MCU를 선택해야 합니다. 특히 가격에 민감한 응용 제품이라면 원하는 예산 범위에도 맞아야 합니다. 그렇게 하려면 성능, 전력 소비, 통합 주변 장치의 최적 조합을 찾아야 합니다.

하지만 가격에 더 민감한 응용 제품이 있기 마련입니다. 예를 들어 가정용 IoT 장치의 경우 저비용 장치에 대한 소비자의 기대치를 반영하여 가격 경쟁이 치열한 경우가 많습니다. 산업 자동화 응용 분야에서는 일반적으로 무인 사용에 적합하도록 더 견고하고 신뢰성이 높은 장치가 필요하지만, 여전히 가격 경쟁 및 기타 요소를 고려해야 할 가능성은 큽니다.

가격과 성능 사이의 적절한 균형을 찾는 것은 성능 요구 사항을 충족하고 전력 효율적이며 응용 제품 설계자에게 유연성을 제공하는 올바른 MCU를 선택하는 것에서 시작됩니다.

일반적으로 고성능 응용 제품일수록 더 높은 처리 능력, 더 빠른 클록 속도, 더 복잡한 작업을 수행할 수 있는 기능을 제공합니다. 이러한 고비용 MCU를 사용하면 일반적으로 여러 주변 장치가 통합되어 추가 부품의 필요성이 줄어들지만, 소프트웨어 개발 및 디버깅에 더 큰 비용이 들 때가 많습니다.

비용에 민감한 응용 제품을 위해 설계된 MCU는 통합된 주변 장치 수가 적고 메모리가 제한적이며 설계 유연성이 낮다는 부담이 있습니다. 하지만 전력 소비가 적고 배터리 수명이 연장된다는 이점이 있습니다.

가격에 민감한 응용 제품에 적합하도록 풍부한 기능을 갖춘 Renesas의 MCU

저비용 응용 제품을 선택하는 절차를 단순화한다는 목표로, Renesas는 매우 낮은 전력 소비와 최적화된 주변 장치를 지원하는 풍부한 기능 갖춘 MCU인 RA0E1 그룹을 제공하여 개발자가 부품 명세서(BOM) 내 부품 수를 줄이면서 설계를 개선할 수 있는 수단을 제공합니다.

에너지 효율적인 Arm Cortex-M23 코어를 탑재하고 인상적인 통합 타이머, 직렬 통신, 아날로그 기능, 보안 및 안전 기능을 갖춘 RA0E1 MCU는 비용에 민감한 응용 제품 시장을 특별히 겨냥한 제품입니다.

Arm Cortex-M23은 에너지 효율적인 작동을 위한 엔트리급 32비트 프로세서로 설계되었습니다. 쉽게 배우고 프로그래밍할 수 있는 간단한 아키텍처를 갖춘 이 MPU 코어는 Arm의 TrustZone 보안 기술, 응용 제품 진단 및 최적화를 위한 디버그 및 추적 기능, 에너지 효율적인 저전력 모드 지원을 통합합니다.

RA0E1은 활성 모드에서 84.3μA/MHz, 절전 모드에서 0.82mA의 전류를 소비하므로 배터리로 구동되고 에너지에 민감한 응용 제품에 매우 적합합니다. 이 기능 세트는 소비자 가전, 산업 자동화, 보안 IoT 장치, 건물 자동화, 소형 가전 등 다양한 응용 분야를 위한 다목적성과 효율성을 제공합니다.

공급 전압 범위가 1.6V ~ 5.5V이므로 설계자는 5V 시스템에서 레벨 시프터 또는 전압 조정기를 사용하지 않고도 RA0E1을 활용할 수 있습니다. 또한 RA0E1은 고정밀 온칩 발진기를 통합하여 설계자가 독립형 발진기를 설계에 추가하지 않아도 됩니다. 발진기는 보드 속도 정확성을 개선하고 -40°C ~ +105°C 범위의 환경에서 ±1.0%의 정밀도를 유지합니다.

여러 기능을 단일 칩에 결합한 MCU는 추가 부품의 필요성을 크게 줄일 수 있습니다. 이러한 통합으로 설계가 간소화되고 PCB 실장 면적이 줄어들며 결과적으로 전체 시스템 비용이 절감됩니다. RA0E1은 외부 주변 장치를 최소화하기 위해 다음과 같은 다양한 부품을 통합합니다.

• 최대 64KB의 통합 코드 플래시 메모리 및 패리티 비트가 있는 12KB의 고속 SRAM
• 아날로그 주변 장치(12비트 ADC, 온도 센서, 내부 레퍼런스 전압 포함)
• 통신 주변 장치(UART 인터페이스 3개, 비동기 UART 인터페이스 1개, 간소화된 직렬 주변 장치 인터페이스(SPI) 3개, 집적 회로(IIC) 1개, 간소화된 IIC 3개 포함)
• 안전 기능(SRAM 패리티 검사, 유효하지 않은 메모리 액세스 감지, 주파수 감지, A/D 테스트, 불변형 스토리지, CRC 계산기, 레지스터 쓰기 보호 등)
• 보안 기능(고유한 ID, 순수 난수 생성기(TRNG), 플래시 읽기 보호 등)

개발 환경 및 상위 호환성

Renesas는 개발자에게 생산 지원 구동기, Azure RTOS, FreeRTOS 및 기타 미들웨어 스택을 포함하는 공통 설계 환경인 FSP(Flexible Software Package)를 제공합니다. 개발자에게 응용 제품을 더 강력한 RA MCU로 마이그레이션할 수 있는 경로도 제공합니다.

Arm 코어는 높은 수준의 호환성을 제공합니다. Cortex-M23에서는 다른 Cortex-M 코어 아키텍처에서 사용되는 명령어 세트와 호환되는 Armv8-M 명령어 세트를 활용합니다.

Renesas RA01E MCU는 최대 128KB 코드 플래시와 16KB SRAM을 통합하는 48MHz Arm Cortex-M23 코어를 기반으로 제작된 Renesas RA2E1 MCU 라인과 핀 및 주변 장치가 호환됩니다. 따라서 RA0E1 기반으로 빌드된 설계를 더 높은 성능의 MCU로 업그레이드할 수 있습니다.

Renesas에서는 RA0E1 MCU 기반 응용 제품의 평가, 시제품 제작 및 개발을 위한 FPB-RA0E1 고속 시제품 제작 기판(그림 1)도 제공합니다.

그림 1: RA0E1 마이크로 컨트롤러 응용 제품의 시제품 제작을 위한 FPB-RA0E1 기판. (이미지 출처: Renesas)

평가 기판에는 Arduino UNO R3 인터페이스와 두 개의 Pmod 커넥터가 포함됩니다. 또한 개발자는 추가 도구 없이도 프로그램을 작성하고 디버깅할 수 있는 내장된 SEGGER J-Link™ 에뮬레이터 회로를 활용할 수 있습니다.

결론

Renesas RA01E MCU는 가격 대비 성능을 타협하지 않고 비용에 민감한 초저전력 응용 제품을 개발하기 위한, 인상적인 기능 세트와 통합 주변 장치를 제공합니다. 다양한 연결 옵션과 포괄적인 개발 환경을 갖춘 풍부한 에코시스템이 제공되어, 절감된 자재 명세서(BOM) 비용으로 응용 제품을 제작하고 나중에 더 강력한 장치로 응용 제품을 마이그레이션할 수 있는 경로를 제공합니다.