DIGITAL
LOW ENERGY
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- ELETTRONICA OGGI 430 - SETTEMBRE 2013
nell’aria una volta al secondo effettuerà 315 milioni di lettu-
re nel corso della sua vita utile.
Il duty cycle di un semplice rivelatore di fumo è relativa-
mente basso. Ciascuna lettura del sensore può essere com-
pletata nel giro di poche centinaia di microsecondi e buona
parte di questo tempo viene speso per la calibrazione e
l’assestamento in quanto la MCU “sveglia” i convertitori A/D
(ADC) e altri elementi analogici sensibili per consentire loro
di raggiungere un punto di funzionamento stabile. In questo
caso, il duty cycle porterà allo sviluppo di un progetto per
il quale il tempo di inattività sarà pari al 99,98% del tempo
totale.
Il rivelatore di fumo è un dispositivo relativamente sempli-
ce. Si prenda ora in esame un progetto RF più complesso in
cui i risultati sono comunicati attraverso una rete di sensori
a un’applicazione host.
Il sensore deve “ascoltare” l’attività di un nodo master il
modo da poter segnalare che esso è ancora presente all’in-
terno della rete oppure fornire le informazioni acquisite di
recente a un router. Questo aumento di attività potrebbe
non influenzare il duty cycle complessivo. Utilizzando un
dispositivo con prestazioni più elevate, sarebbe possibile
eseguire più funzioni durante ogni periodo di attivazione.
Grazie all’incremento della velocità di elaborazione (resa
possibile dall’evoluzione dell’architettura e dai progressi
nel campo delle tecnologie di processo), un dispositivo più
veloce può garantire una maggiore efficienza energetica
rispetto a un dispositivo più lento che deve essere fatto fun-
zionare per più cicli. L’elemento chiave è l’esatta compren-
sione dell’interazione esistente tra tecnologia di processo,
architettura della CPU e l’implementazione software.
Profilo di energia del processo CMOS
La quasi totalità delle MCU è realizzata sfruttando la tecno-
logia CMOS. Il consumo di potenza di ogni circuito logico
attivo è dato dalla formula CV
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f dove C è la capacità totale
dei percorsi dei circuiti di commutazione all’interno dei
dispositivi, V è la tensione di alimentazione ed f la frequenza
di funzionamento. (Fig. 1). Tensione e capacità sono fattori
strettamente correlati alla tecnologia di processo. Negli
ultimi 30 anni la tensione di funzionamento on-chip della
logica CMOS è drasticamente diminuita, passando da 12 V a
valori inferiori a 2 V grazie alla progressiva riduzione delle
dimensioni dei transistor. Poiché nell’equazione dei consu-
Fig. 2 – I compromessi tra tecnologia di processo e duty cycle influenzano l’ottimizzazione dei consumi
