Tehnologia nanoWatt XLP de la Microchip

19 AUGUST 2009

Într-o afacere cu evoluţie rapidă precum electronica integrată, furnizorii care nu prevăd schimbările importante în cerinţele clienţilor prezintă riscul pierderii de oportunităţi, în special dacă nu sunt capabili să răspundă rapid şi cu soluţia potrivită. De ceva timp, furnizorii de semiconductoare au concurat în a produce dispozitive mai rapide, care operează cu consum energetic redus. Oricum, direcţia tendinţei curente a cauzat încercarea de anticipare a producătorilor în identificarea de obiective pe termen lung.
Din vremea în care procesoarele integrate au devenit disponibile, întrebarea: “ce putere de procesare doreşti?” a primit întotdeauna un răspuns simplu “mai multă”. Dar odată cu dezvoltarea procesului tehnologic, au fost întâlnite dificultăţi semnificative în stabilirea unui echilibru între puterea de procesare şi consumul energetic operaţional. Rezultatul, răspunsul de acum la întrebarea iniţială este “atât de multă cât permite bugetul meu energetic”.
Precum multe alte bugete, şi din motive similare, bugetele energetice se diminuează. Energia costă bani pentru producere şi consum, astfel încât necesitatea constrângerilor energetice nu este nouă. Astăzi, dispozitivele energetice trebuie proiectate pentru a se conforma cu normele şi bugetele energetice comerciale, iar acest lucru este cel mai uşor de observat în dispozitivele alimentate de la baterii.
Din această cauză, pentru că nici o aplicaţie modernă nu-şi poate permite mai mult decât “suficientă” putere de procesare şi cu examinarea atentă a puterii active, atenţia s-a întors către cerinţele energetice în modul de aşteptare (standby). Există o altă tendinţă în industrie, şi anume către dispozitive alimentate de la baterii, care trebuie să opereze pe perioade extinse de timp – uneori ani – fără reîncărcare sau înlocuire. Odată cu aceasta vine şi necesitatea unor dispozitive care nu numai că trebuie să consume puţină energie pe perioada operării, dar şi să nu consume practic energie când se află în stare inactivă.
Acest lucru a creat cererea pentru soluţii dezvoltate specific pentru aplicaţii cu constrângeri energetice, şi această cerere se află în creştere. Vânzarea de acumulatori a crescut cu în jur de 20% pe an, în timp ce vânzările de dispozitive portabile se estimează să crească cu aproximativ 10%. După cum vasta majoritate a dispozitivelor portabile sunt alimentate de baterii, rezultă astfel necesitatea de dispozitive care gestionează energia consumată în stare activă, dar şi întregul consum energetic.
Un domeniu de aplicaţii în plină creştere pentru dispozitivele alimentate de la baterii este domeniul electrocasnicelor menite să rămână etanşe, şi de aceea trebuie să opereze fără reîncărcări. Această clasă de aplicaţii include tipic orice echipament senzorial ce trebuie protejat de potenţiali contaminanţi. Printre exemple pot fi incluse detectoare de fum sau monoxid de carbon, precum şi piaţa în dezvoltare a echipamentelor casnice de diagnoză medicală. Acestea se adaugă altor echipamente avansate de monitorizare sau măsurare, precum termostate, sisteme de urmărire sau comandă uşi.
Acestea şi multe alte aplicaţii au în comun faptul că ele petrec majoritatea timpului pornite, dar inactive. Această însuşire crucială le diferenţiază de acele aplicaţii, care în mod normal sunt oprite când nu sunt utilizate. Aceasta înseamnă de asemenea că energia conservată cât timp dispozitivul este inactiv reprezintă cel mai semnificativ factor ce determină durata de viaţă a dispozitivului, şi cel mai important aspect de analizat atunci când se doreşte extinderea acestei durate de viaţă.
Această tendinţă, la care mulţi producători de semiconductoare trebuie încă să reacţioneze, necesită dispozitive integrate dezvoltate, de la nivel de tranzistor în sus, care să consume cât mai puţină energie posibil în condiţii de aşteptare (standby). Este clasa de aplicaţii pe care o urmăreşte Microchip cu cele mai noi produse ale sale, gama nanoWatt XLP de microcontrolere PIC (MCU).
Dispozitivele din portofoliul nanoWatt XLP reprezintă microcontrolerele cu cel mai mic consum energetic în modul sleep, consumând numai 20nA sau mai puţin. Aceasta înseamnă că consumă mai puţină energie pe majoritatea duratei sale de viată operaţionale, decât orice alt microcontroler oferit astăzi, extinzând în mod real durata de utilizare a dispozitivelor cu constrângeri energetice la 20 de ani sau mai mult.
Cheia către operarea sa de consum energetic redus este tehnologia avansată nanoWatt XLP (extreme low power), dezvoltată de Microchip specific pentru această clasă de dispozitive. Pe dispozitivele complexe, ea introduce un mod suplimentar Deep Sleep, care permite progresiv ca mai mult din arhitectura MCU să fie comutată în stare off pe perioade lungi de inactivitate. Aceasta are ca efect eliminarea consumului energetic din mari zone ale circuitului integrat, eliminând astfel scurgerile sau pierderile “statice” asociate cu tranzistoarele integrate.
Tehnologia Microchip nanoWatt XLP este iniţial disponibilă în cazul a mai mult de 30 de membri ai gamei PIC MCU, din 6 familii de dispozitive pe 8-biţi şi 16-biţi. Aceasta oferă inginerilor posibilitatea de alegere a dispozitivului corect pentru aplicaţie fără sacrificarea avantajelor consumului energetic foarte redus. Microchip planifică de asemenea să realizeze şi alte dispozitive în tehnologie nanoWatt XLP, într-o gamă de capsule şi configuraţii de memorie.
În cadrul dispozitivelor nanoWatt XLP sunt integrate o serie întreagă de periferice compatibile, care completează aria de aplicaţii. Un exemplu poate fi suportul complet USB şi tehnologia senzorială capacitivă tactilă Microchip mTouch, care oferă o soluţie de interfaţare economică din punct de vedere al costului şi energiei.
Aceste periferice avansate beneficiază şi de tehnologia Microchip Peripheral Pin Select; ce permite perifericelor să fie alocate pe diferiţi pini de I/O după cum este necesar. Împreună, aceste periferice permit dispozitivelor nanoWatt XLP să se adreseze celor mai uzuale aplicaţii de consum redus de energie, cu opţiuni de interfaţare flexibile.
O consideraţie importantă pentru ingineri în ceea ce priveşte aplicaţiile cu constrângeri energetice, este modalitatea de intrare şi ieşire din modul de consum energetic redus, funcţie pe care tehnologia nanoWatt XLP o gestionează foarte bine. Adesea, microcontrolerele pentru aplicaţii de consum energetic redus obţin un curent redus în starea de aşteptare prin implementarea de moduri sleep care inhibă numeroase caracteristici de întreruperi ale MCU. În practică aceasta conduce la un mod sleep efectiv inaccesibil pentru numeroase aplicaţii, deoarece dispozitivul se bazează pe un element al arhitecturii ce trebuie ţinut activ permanent pentru a putea ieşi din hibernare.
Microchip a trecut de acest dezavantaj evident prin implementarea unor moduri sleep flexibile, care pot opera împreună cu o gamă de surse de activare. În funcţie de aplicaţie, inginerii pot utiliza unul dintre modurile de sleep convenţionale ce reduc semnificativ curentul de aşteptare, sau noul mod de Deep Sleep, care reduce curentul de aşteptare la un nivel inferior de 20nA. Se poate obţine acest lucru prin îndepărtarea energiei din majoritatea blocurilor funcţionale ale dispozitivului şi este cel mai bine de utilizat atunci când sunt prevăzute perioade lungi de inactivitate, după cum s-a evidenţiat în exemplele de aplicaţii anterioare.
Această flexibilitate maximizează beneficiul tehnologiei nanoWatt XLP fără a suporta sacrificiile asociate în mod normal cu starea de hibernare. Prin intrarea în modul Deep Sleep, energia este fizic îndepărtată din majoritatea blocurilor funcţionale ale MCU, ceea ce rezolvă complet problemele asociate cu pierderile de energie. Cât timp dispozitivul se află în mod Deep Sleep, ceasul de timp real şi calendarul rămân active, permiţând aplicaţiilor critice din punct de vedere al timpului să rămână sincronizate. De asemenea active rămân şi circuitul de temporizare de siguranţă Deep Sleep Watch Dog şi cel de reiniţializare Deep Sleep Brown-out, furnizând surse de activare cruciale pentru MCU. Aceste blocuri funcţionale au fost reproiectate utilizând cele mai recente tehnici de joasă putere şi tehnologii de tranzistor pentru a minimiza cerinţele energetice.
Existenţa altor moduri sleep oferă o mai mare varietate de surse de activare, în funcţie de cerinţele aplicaţiei. Utilizând diferitele moduri sleep disponibile, sunt furnizate posibilităţi de economisire energetică din ce în ce mai mari, potrivit însă cerinţelor aplicaţiei.
Cerinţa pentru MCU cu consum energetic extra-redus este întâlnită la majoritatea producătorilor de semiconductoare. Numai Microchip a abordat pasul îndrăzneţ şi inovativ de a redefini tehnologia sa de bază pentru a răspunde acestei cerinţe, cerinţă ce este de aşteptat să crească odată cu dependenţa din ce în ce mai mare de produse portabile şi cu constrângeri energetice.
www.microchip.com

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre