RA4L1是瑞萨2025年推出的又一款低功耗MCU，集成了低功耗模式下全保持的SRAM，还有瑞萨特有的带电荷泵段码屏驱动，非常适合表计应用。它是瑞萨第一颗基于Cortex-M33内核的低功耗MCU，将之前的RL78和RA2系列低功耗MCU的性能提高到一个新的高度，安全等级也在ARM Cortex-M33内核TrustZone的加持下，更加符合当前行业应用的需求。接下来我们就RA4L1在表计方面的应用做一个解析。
全球电表市场来看，中国、印度、东南亚区域属于增速最快的第一梯队。印度市场，第三方数据显示90%以上份额的电表主控IC来自瑞萨。中国国内市场，以南网和国网为主，要求采用国产品牌主控IC。东南亚与中亚地区电子表覆盖基本完成，需关注未来的智能化升级计划，亚洲是当前除欧洲外的第二大出口市场，但存在波动。
第二增长梯队的欧洲智能电表的换装正处于过峰的前一阶段，欧洲整体的智能电表换装率大概在40%-50%，已经换装完成的国家需求或将放缓，其余正在开始的区域比如中欧东欧国家或将在未来5-10年间大量换装完成。
非洲电力覆盖率较低，基础设施条件不足，市场以增量的普通表为主，单价较低，市场规模的绝对值较小但进入门槛较低，近两年我国对非洲出口额稳步提升。
拉美及加勒比地区电力覆盖基本完成，正处于智能电表换装的早期，且存在巴西和墨西哥两个人口大国，未来几年电表的市场规模在20-30亿元左右。
电表作为一种出海品类，出口金额不高但近年增速较快。在2021年全球大步迈向能源转型节能降碳后，变压器与电表的出口增速上升较为明显，海关统计整表出口，2023年已接近7000万只。这还不包括以PCB和组件形式出口的部分。
受到配网建设加快的影响，我国今明两年智能电表招标有望重回9000万只的历史高位，国内的基本盘能够给予电表出海企业足够的业绩支撑。
电表的演化经历了机械表→电子表→智能表的过程。
智能表在电子表的基础上增加了通信功能和数据处理能力，实现远程抄表和控制。智能电表可以通过通信网络传输电能数据，实现远程监控和管理，大大提高了电力系统的运行效率和管理水平。
相比传统电子表，智能电表具有以下优势：（1）远程抄表：节省人力成本和时间；（2）远程控制：提高电力系统安全性和可靠性；（3）数据分析：提供节能建议，帮助合理用电；（4）负荷管理：提高电网供电能力和稳定性；（5）防欺诈功能：有效防止电能盗窃
A级单相智能电表是最高级别的单相电表，通常用于家庭或小型商业用户。它们具有高精度的电能测量能力，能够准确记录电能消耗。A级电表通常具备远程通信功能，可以实时传输数据给电力供应商或用户。这些电表还可能包括预付费功能、故障检测、电能质量监测等高级功能。B/C/D级三相智能电表适用于工业或大型商业用户，它们可以测量三相电力系统中的电能消耗。B级电表通常具有较高的精度和功能，适用于对电能测量要求较高的场合。C级和D级电表的精度和功能可能略低于B级，但仍然能够满足大多数商业和工业用途的需求。这些电表也可能包括远程通信、数据记录、电能质量分析等功能
电气电表架构中的分离方案主要是左图的情况，MCU作为基表主控，通过SPI外接计量芯片。计量芯片里主要部分是多通道的高精度ADC，对电压电流做同步采样，然后通过计量芯片内部的硬件单元计算得到各种电能数据，放到计量芯片的一系列寄存器中。主控MCU直接读取计量芯片里的各个寄存器即可获得需要的计量参量。国网南网目前主流招标的电表架构就是这样。
右图是目前国网在早期招标试点的一种新的分离方案架构。和左图最大的不同有两点：计量部分从计量芯片升级成了计量MCU。即所谓的符合IR46标准的国网双芯表，或者又叫互联网表。还有一个不同，没有在图里体现出来，主要就是该物联表表，可以连接多种可插拔功能模块，比如电能质量分析模块，蓝牙模块，NILM模块等。
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产品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和它的下一代产品，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。
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：
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？上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。
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