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DIGITAL
ULTRA LOW POWER DESIGN
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- ELETTRONICA OGGI 469 - APRILE 2018
I
nternet of Things (IoT) sta stimolando un’e-
norme richiesta di ogni genere di dispositivi
alimentati a batteria. A sua volta, questo crea
l’esigenza di un livello di efficienza energetica sem-
pre più elevato nei microcontrollori e in altri com-
ponenti a livello di sistema. Di conseguenza, ultra
low power (ULP) sta diventando la nuova formu-
la magica del marketing, specialmente quando si
tratta di descrivere i microcontrollori. Come primo
passo per comprendere il vero significato di ULP,
consideriamo le diverse implicazioni. In taluni casi,
quando la fonte di alimentazione è pesantemente
limitata (per esempio, nell’energy harvesting), si va
alla ricerca di correnti in modalità attiva più bas-
se possibili. In alternativa, quando il sistema passa la
maggior parte del tempo in modalità di standby o sleep
mode, con riattivazioni non frequenti (periodiche o asin-
crone) per l’elaborazione dei processi, si richiedono bas-
se correnti di sleep-mode. Inoltre, se la maggior parte del
lavoro viene svolta in un limitato periodo di tempo, l’ULP
può anche coinvolgere questioni di efficienza energetica.
In generale, un dispositivo alimentato a batteria utilizzerà
una combinazione di questi requisiti, basata su una serie
di compromessi. Naturalmente, l’ULP dipende anche da
opinioni e funzionalità – ad esempio, possiamo general-
mente considerare un’unità a micro controllore (MCU)
come ULP con la modalità attiva nell’intervallo tra 30 µA/
MHz e 40 µA/MHz e una corrente di shutdown da 50 nA a
70 nA. Tuttavia, la classificazione di un microcontrollore
come ultra low power dipende da una complessa combi-
nazione di caratteristiche che comprendono architettu-
ra, progetto del SoC, tecnologia di processo, periferiche
smart, e modalità deep-sleep. Nell’articolo saranno esa-
minati due microcontrollori da Analog Devices per aiuta-
re a comprendere come interpretare il vero significato di
ultra low power in questo contesto. Il meccanismo di cer-
tificazione del Consorzio EEMBC, che garantisce la veri-
dicità del punteggio relativo alla misura di potenza, ha lo
scopo di aiutare gli sviluppatori di sistema nella scelta
dei microcontrollori più appropriati alle loro soluzioni.
Misura e ottimizzazione dell’ultra low power
Per cominciare a comprendere l’ULP è utile spiegare la
modalità di misura. Di solito gli sviluppatori consultano
un data sheet, sul quale si trovano i valori di corrente
per MHz, e per le diverse modalità di sleep. Il primo pro-
blema che si pone, analizzando i consumi di corrente in
modalità attiva, è che il data sheet di solito non chiarisce
le condizioni nelle quali questi valori sono stati ottenu-
ti, ovvero quelle relative a codice, tensione e “wait state”
sulla memoria flash. Alcuni produttori usano un active
mode di riferimento, come il CoreMark EEMBC, mentre
altri ricorrono a sistemi più semplici come far girare uno
statement “while 1”. Se vi sono wait state sulla flash, a
causa dell’aumento dei tempi di esecuzione le presta-
zioni dell’unità microcontrollore risultano penalizzate,
aumentando, di conseguenza, i consumi energetici per
l’esecuzione di un task. Alcuni produttori forniscono
i dati di assorbimento ad una tensione tipica, altri alla
tensione minima, mentre altri non li specificano affatto.
Scelta del microcontrollore
per progetti ULP
Monica Redon
System Engineer – CSPT
(Consumer Sensing and Processing Technology)
Analog Devices
Il meccanismo di certificazione del Consorzio EEMBC, che garantisce
la veridicità del punteggio relativo alla misura di potenza, ha lo scopo
di aiutare gli sviluppatori di sistema nella scelta dei microcontrollori
più appropriati alle loro soluzioni
Fig.1 – L’ULPMark-CP ha un duty cycle di 1 secondo. Durante questo periodo, il
dispositivo si riattiva dal deep-sleep mode, esegue un test predefinito e ritorna
in deep-sleep