Elettronica_Oggi_444

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ANALOG/MIXED SIGNAL
LOW POWER
31 - ELETTRONICA OGGI 444 - APRILE 2015
Un approccio innovativo
per minimizzare
i consumi di potenza
La massiccia diffusione della tecnologia IoT (Internet
of Things) e l’affermazione del concetto di ubiquitous
computing (in pratica la presenza di capacità elabora-
tiva in un gran numero di oggetti accessibile in modo sem-
plice) hanno contribuito a evidenziare la necessità di ridurre
i consumi di potenza in ogni tipo di prodotto elettronico.
Se nell’immediato futuro si vuole veramente collegare in
rete una pluralità di prodotti elettronici finora non connessi
non bisogna agire sulle prestazioni – già sufficienti per im-
plementare applicazioni IoT – bensì sui consumi di energi,a
che devono essere ridotti a un livello tale da consentire ai
più svariati oggetti elettronici di funzionare senza problemi
all’interno di questo nuovo paradigma di Internet.
La dissipazione di energia si manifesta attraverso due mo-
dalità: sotto forma di dispersione (leakage), che si verifica
quando lo stato di un circuito non cambia, e in regime dinam-
ico, quando i nodi interni subiscono una transizione di stato.
In condizioni di funzionamento reale è naturale che la po-
tenza dinamica sia quella predominante soprattutto quando i
circuiti operano con i valori di tensione di alimentazione più
elevate come accade in un numero rilevante di progetti (si
faccia riferimento alla Fig. 1).
La tensioni di funzionamento determina l’energia
dinamica
Le tecniche cosiddette “sotto-soglia” (sub-threshold) permet-
tono di sviluppare circuiti caratterizzati da consumi di ener-
gia nettamente inferiori rispetto a quelli realizzati sfruttando
le tecnologie tradizionali. Sebbene impegnativo da implemen-
tare, un progetto che utilizza tecniche sub-threshold può por-
tare benefici di notevole entità. Il risultato dell’adozione di
queste tecniche è rappresentato da circuiti che svolgono le
stesse funzioni di quelli tradizionali utilizzando un’energia
nettamente inferiore senza penalizzazione alcuna in termini
di prestazioni, robustezza o affidabilità. Questi chip possono
funzionare insieme ai loro equivalenti tradizionali senza alcuna
differenza esterna visibile, a parte ovviamente la quantità di
energia richiesta per il pilotaggio. Il loro utilizzo può consentire
a tutti i progettisti impegnati nello sviluppo di sistemi efficienti
dal punto di vista energetico di ottenere una notevole riduzi-
one dei consumi. Un fatto da tenere nella dovuta considera-
zione è la possibilità di utilizzare le tecniche di progettazione
“sub-threshold” per qualsiasi tipo di circuito integrato.
Tecnologia “sub-threshold”: le origini
Dal punto di vista tecnico, il funzionamento sotto-soglia dei
transistor non rappresenta certo una novità. I fabbricanti
di orologi svizzeri hanno scoperto le potenzialità di questa
Mike Salas
VP marketing
La tecnologia SPOT messa a punto da Ambiq
Micro promette di rivoluzionare il modo
di alimentare i dispositivi elettronici con
notevoli vantaggi sulla durata delle batterie
Fig. 1 – La dissipazione in regime dinamico è predominante soprattutto
alle tensioni più elevate