DIGITAL
LOW ENERGY
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- ELETTRONICA OGGI 430 - SETTEMBRE 2013
Progettazione di sistemi
embedded a basso consumo:
dal silicio al software
N
ella progettazione di sistemi a basso consumo è neces-
sario prestare attenzione a elementi che differiscono
da quelli che sono tradizionalmente presi in considerazione
e spaziano dalla tecnologia di processo al software che gira
sulla piattaforma embedded basata sul microcontrollore.
Un esame più approfondito a livello di sistema permette di
evidenziare tre parametri principali che determinano l’effi-
cienza energetica di un microcontrollore (MCU): consumo di
potenza in modalità attiva e in standby e duty cycle (fattore
di utilizzo), che determina il rapporto del tempo spesso in
ciascuno stato ed è esso stesso determinato dal comporta-
mento del software. Uno stato di stand-by a basso consumo
può far apparire una MCU molto efficiente in termini energe-
tici, ma le sue reali prestazioni possono essere valutate sola-
mente dopo aver preso in considerazione tutti gli aspetti che
contribuiscono al consumo di potenza in modalità attiva. Per
questa e altre ragioni è necessario ricercare compromessi
tra tecnologia di processo, architettura dei circuiti integrati
e implementazione del software che a volte possono fornire
risultati di difficile interpretazione o addirittura imprevisti.
La modalità secondo la quale sono combinati i blocchi fun-
zionali su una MCU ha un notevole impatto sull’efficienza
energetica complessiva. Variazioni apparentemente piccole
e impercettibili dell’implementazione hardware possono dar
luogo a variazioni di notevole entità del consumo di energia
complessivo nel corso della vita operativa di un sistema.
Applicazioni a basso consumo
I sistemi di misurazione e di allarme, per esempio, sono
spesso alimentati per un decennio dalla medesima batteria.
Un piccolo incremento del consumo della corrente necessa-
ria per la lettura da parte di un sensore (si tenga presente
che nel corso della sua vita un prodotto esegue centinaia di
milioni di letture) può causare una drastica riduzione della
vita operativa di un prodotto installato sul campo. Un rive-
latore di fumo che rileva la presenza di particelle di fumo
Keith Odland
Director of marketing
Microcontroller products
Silicon Laboratories
I parte – Il ruolo del silicio
La progettazione di sistemi a basso consumo
è un processo olistico che prende in
considerazione silicio, software e relativi
tool di sviluppo. Una corretta gestione delle
relazioni fra questi tre elementi permette ai
progettisti di sviluppare sistemi embedded
caratterizzati da migliori prestazioni e da una
maggiore efficienza energetica
Fig. 1 - L’ottimizzazione dei consumi a livello di chip deve tener conto
della struttura della logica CMOS e del consumo di energia durante la
commutazione
