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47 - ELETTRONICA OGGI 494 - MAGGIO 2021 COMM NARROWBAND CELLULAR Connettività cellulare a bassa potenza nel SiP nRF9160 Il SiP nRF9160 compendia estese funzionalità hardwa- re con una serie completa di funzioni di gestione della potenza. Il PMIC incluso è supportato da un’unità di gestione della potenza (PMU) che controlla il consumo energetico e avvia e arresta automaticamente i clock e i regolatori di alimentazione per minimizzare i consumi (Fig. 3). Insieme a una modalità di alimentazione “System OFF”, che assicura l’alimentazione ai soli circuiti necessari per il risveglio del dispositivo, la PMU supporta una coppia di sotto-modalità di alimentazione “System ON”. Dopo il reset all’accensione (POR - Power On Reset), il dispositivo si trova in modalità a basso consumo, che porta in stato inattivo i blocchi funzionali, compreso il processore dell’applicazione, il modem e le periferi- che. In questo stato, la PMU avvia e arresta automati- camente i clock e i regolatori di tensione per i diversi blocchi in base alle necessità. Gli sviluppatori possono disabilitare la sotto-moda- lità predefinita a basso consumo, passando invece a una sottomodalità a latenza costante. In quest’ultima modalità, la PMU mantiene alimentate alcune risorse, “barattando” un aumento incrementale del consumo energetico con la capacità di fornire una latenza di ri- sposta prevedibile. Gli sviluppatori possono sfruttare una terza modalità di alimentazione utilizzando il pin di abilitazione esterno, che “spegne” l’intero sistema. Questa funzionalità verrà tipicamente utilizzata in un progetto di sistema che utilizza il SiP nRF9160 come coprocessore di comunicazione controllato dal pro- cessore principale del sistema host. Queste caratteristiche di ottimizzazione dei consumi consentono al SiP di operare nella modalità a basso consumo più idonea per garantire una maggiore dura- ta della batteria in un dispositivo di tracciabilità delle risorse. A esempio, con il microcontroller in stato di sospensione (idle) e il modem spento, il SiP consuma solo 2,2 µA con l’RTC (Real Time Counter) attivo. Con il microcontroller e il modem entrambi spenti e l’ali- mentazione per il solo circuito di riattivazione basato su GPIO (General Purpose I/O), il SiP consuma solo 1,4 µA. Questo dispositivo SiP continua a funzionare in mo- dalità a basso consumo durante l’esecuzione di vari carichi di elaborazione. A esempio, l’esecuzione del benchmark CoreMark con un clock a 64 MHz richiede solo circa 2,2 mA. Naturalmente, con l’attivazione di più periferiche, il consumo energetico inevitabilmente aumenta. Tuttavia, molte applicazioni di monitoraggio basate su sensori possono spesso funzionare effica- cemente a velocità ridotte, contribuendo così a mante- nere il funzionamento a basso consumo. Ad esempio, il consumo di corrente per l’ADC di tipo SAR differen- ziale integrato scende da 1288 mA a meno di 298 mA quando si passa da un clock ad alta precisione a uno a bassa precisione per il campionamento in entrambi i casi a 16 ksps. Il dispositivo utilizza anche altre funzioni di ottimizza- zione dei consumi per i gli altri blocchi funzionali, tra cui il GPS. In modalità di funzionamento normale, il ri- levamento continuo con il GPS consuma circa 44,9 mA. Abilitando la modalità di risparmio energetico del GPS, il consumo di corrente per il tracciamento continuo scende a 9,6 mA. Riducendo la frequenza di campiona- mento del GPS da continuo a ogni due minuti circa, gli sviluppatori possono ridurre significativamente il con- sumo. Ad esempio, il modulo GPS consuma solo 2,5 mA quando è in modalità fissa impulsiva ogni due minuti. Il supporto del dispositivo per altre modalità operati- ve di risparmio energetico si estende anche al modem del SiP nRF9160. Con questo dispositivo, gli sviluppa- tori possono abilitare le funzionalità del modem che supportano speciali protocolli cellulari progettati spe- cificamente per ridurre l’energia nei dispositivi colle- gati e alimentati a batteria. Utilizzo di protocolli cellulari a basso consumo Come per qualsiasi dispositivo wireless, il maggior contributo al consumo energetico, oltre al processore host, è tipicamente il sottosistema radio. I sottosistemi radio cellulari convenzionali sfruttano i protocolli di risparmio energetico integrati nello standard cellula- re. Gli smartphone e altri dispositivi mobili utilizzano Fig. 3– Il SiPnRF9160 includeunaPMUche controllaautomaticamente i clock e i regolatori di alimentazione per ottimizzare il consumo energetico (Fonte: Nordic Semiconductor)