智能手表、智能门锁、血糖仪等都在用的，运行功耗低至10uAMHz的微控制器--STM32U385VG

集成电路大数据平台 2025-09-25 17:28
智能手表、智能门锁、血糖仪等都在用的，运行功耗低至10uAMHz的微控制器--STM32U385VG图1
本期是平台君和您分享的第326期内容
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随着科技的发展，对微控制器的功耗、安全性和续航能力的要求越来越高。基于这一背景，STMicroelectronics推出了基于Arm Cortex-M33内核和Arm TrustZone技术的超低功耗微控制器👈。

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主要面向可穿戴设备、个人医疗仪器、工业传感器等对功耗和安全性要求严苛的领域。

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classifications of STM32

01. STM32系列MCU有哪些分类？

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STM32系列MCU包含高性能MCU、主流MCU、低功耗MCU和无线电MCU。

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STM系列MCU分类图（图源：网络）

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STM32 ultra-low power MCU

02. STM32 超低功耗 MCU

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STM32超低功耗MCU（微控制器）是ST公司针对电池供电设备、便携式终端、物联网（IoT）节点、医疗穿戴设备等对功耗敏感的应用场景打造的核心控制芯片，凭借 “极致能效 + 灵活性能 + 丰富外设”的组合，成为全球超低功耗嵌入式领域的标杆产品系列。

•内核选型：

以Cortex-M0+/M33/M4为核心，兼顾 “低功耗” 与 “高性能”——Cortex-M0 + 内核主打极致能效，适合简单控制任务；

Cortex-M4内核支持浮点运算，满足传感器数据处理等复杂需求；Cortex-M33内核则新增TrustZone安全扩展，适配物联网安全场景。

•工艺升级：

采用40nm、28nm等先进CMOS工艺，结合“低泄漏电流晶体管”设计，从硬件底层降低静态功耗，同时通过优化内核逻辑减少动态功耗（与传统MCU相比，静态功耗可降低50%以上）。

•核心应用价值：

对于电池供应设备可将续航从 “数月级”提升至 “数年级”，例如采用STM32L0 的智能水表，仅需一节锂电池即可工作10年以上时间。

增强续航的同时还简化了系统设计，降低硬件体积与成本，适配小型化穿戴设备、微型传感器等场景；

多低功耗模式的灵活切换，可满足物联网节点白天高频采集数据，夜间进入待机模式节省功耗。

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STM系列详细介绍图（图源：网络）

STM32U3系列是首款基于近阈值技术的产品，大幅降低了动态功耗，本文主要介绍STM32U385VG芯片特点及其基本信息。

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Chip Characteristics

03. 芯片特点

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1.低功耗特性：
•采用近阈值电压技术，运行功耗低至10uA/MHz，能效比相比上一代提升5倍，显著延长可穿戴设备、工业传感器等低功耗场景的电池续航。

2.灵活配置与扩展：
•提供多种封装形式（如LQFP64封装）和闪存容量选项，通信接口丰富（包括SPI、I2C、UART等），部分型号支持硬件加密加速，引脚兼容性好，满足不同应用需求。

3.性能优化：
•基于Arm Cortex-M33内核，主频达96 MHz，支持单精度FPU和DSP指令集，适合音频处理、电机控制等高性能场景。

4.安全性能强化：
•内置硬件加密加速模块和Arm TrustZone技术，支持安全启动、数据加密及防克隆机制，确保物联网设备和医疗设备等对安全性要求高的场景数据安全。 

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STM32U385VG功能框图（图源：芯片规格书）

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What Is The Arm TrustZone？

04. 什么是Arm TrustZone技术？

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TrustZone是由ARM公司提出的一种硬件技术，旨在提供处理器级别的安全隔离解决方案。

通过该技术，处理器可以划分为两个独立的世界：安全世界（Secure World）和普通世界（Normal World），从而实现对系统资源的安全保护和分离。

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一颗CPU上，硬件隔离出两个世界（图源：网络）


安全世界和普通世界的概念:

  1. 安全世界:是TrustZone技术中的一个关键概念，用于存放处理器中最敏感的数据和代码。在安全世界中运行的软件能够受到更高级别的安全保护，对系统的核心功能和数据进行保护。

  2. 普通世界:是处理器中用于运行一般应用程序和操作系统的环境。与安全世界相比，普通世界所处的安全级别较低，容易受到恶意攻击或破坏。

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安全世界和非安全世界的划分（图源：网络）

TrustZone技术主要通过以下几个方面来实现安全隔离：

  1. 安全状态切换：处理器在运行时可以根据需要在安全世界和普通世界之间进行状态切换。

  2. 安全监控：用于检测和防范可能的安全威胁。安全监控能够实时监测系统的运行情况，发现异常并采取相应的安全措施。

  3. 安全通信：在安全世界和普通世界之间，TrustZone提供安全通信通道，确保二者之间的信息传输和交互过程是安全可靠的。通过加密和认证技术，安全通信能够有效保护数据的完整性和机密性。

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Chip Basic Information

05. 芯片基本信息

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顶层概貌图（图源：IPBrain平台）

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STM32U385VG管芯文字图（图源：IPBrain平台）

STM32U385VG的管芯尺寸为3.11 mm x 3.05 mm（不含划片槽），其管芯文字为<ST logo> (M) (C) 2023 454A 309A 387A。从管芯文字可以看出，该芯片厂商为ST，生产年份为2023年。

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Important Module Diagram

06. 重点模块图

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通过阅读该型号MCU的datasheet文件可以得知，这款MCU共有两个DAC模块，在平台君进行了仔细地观察研究后，在芯片的Poly层发现下图中的器件布局模式为该芯片的DAC模块。

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两个DAC模块Poly层图（图源：IPBrain平台）

DAC是一种将数字形式的数据转换为相应的模拟电压信号的设备。使微控制器（MCU）产生连续的模拟信号。

它作为桥梁搭建起数字世界与模拟世界的连接，使得MCU能够直接控制和影响物理世界的模拟量，扩展了MCU的应用范围和功能。

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Chip Detail Diagram

07. 器件细节图

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MOS管（图源：IPBrain平台）

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电阻（图源：IPBrain平台）

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Application Scenario

08. 应用场景

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1.可穿戴设备：
•STM32U3系列凭借超低功耗特性，适用于智能手表、健康监测手环等设备，可连续监测心率、血压等生理指标并实时传输数据。

2.家庭自动化系统：
•该系列集成I²C、UART等通信接口，可控制智能家居设备（如智能门锁、环境监测传感器），实现远程控制与数据同步。

3.工业传感器：
•STM32U385VG的超声波流量传感器接口支持气体/液体流量检测，适用于工业管道监测系统，通过定时器实现200ms实时数据采集与显示更新。

4.医疗设备
•其高安全性能（支持硬件加密和安全启动）适用于医疗仪器仪表，例如血糖仪、体温计等需要数据保密的设备。

5.物联网节点
•可作为物联网网关节点，实现数据中转与远程控制指令执行。
如果想要了解细节，感兴趣的伙伴们可以与我们联系哦。

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