Nel mondo della progettazione elettronica l’efficienza energetica è diventata la parola d’ordine. In un mondo sempre più “affamato” di energia, è opinione comune associare i maggiori consumi alla cosiddetta “industria pesante” – acciaierie, stabilimenti meccanici, impianti chimici e via dicendo, dimenticandosi dei prodotti elettronici. Negli ultimi anni, la crescente pervasività dei prodotti elettronici, dai personal computer ai dispositivi mobili di varia natura, ha contribuito a incrementare in maniera esponenziale i consumi ascrivibili all’elettronica.
Tra i prodotti elettronici, i personal computer sono un esempio di dispositivi responsabili di alti consumi. La potenza di un computer desktop è dell’ordine di 200 W. Se si ipotizza un utilizzo medio di quattro ore al giorno per 250 giorni l’anno, in un Paese come la Cina dove si stima la presenza di circa 100 milioni di computer, il consumo totale imputabile ai personal computer supera i 20 miliardi di watt. Se a questi si aggiungono i consumi dei server e dei dispositivi di rete, il consumo di potenza totale ascrivibile ai prodotti It nel Paese asiatico varia tra 30 a 50 miliardi di kWh.
Negli Stati Uniti, invece, si stima che i soli computer nello stato di idle consumino una potenza valutata in un miliardo di dollari ogni anno
Di fronte a queste cifre, appare chiara l’urgenza di approntare valide strategie finalizzate alla riduzione dei consumi.
A questo proposito, non va dimenticato che la minimizzazione dei consumi, oltre a contribuire a ridurre l’impatto ambientale e quindi a combattere il fenomeno del riscaldamento globale, comporta numerosi altri vantaggi: il più ovvio, nel caso dei dispositivi alimentati portatili a batteria, è l’aumento della durata della batteria. Quello dei dispostivi portatili alimentati a batteria di nuova generazione, solitamente dotati di un display (elemento che contribuisce in misura importante ai consumi) è un altro mercato per cui sono previste crescite vertiginose: dai 300 milioni del 2006 al miliardo previsto per il 2010.
Di fronte a cifre come quelle appena esposte, appare chiaro che l’efficienza energetica è diventata una delle principali problematiche da affrontare nello sviluppo di qualsiasi nuovo design di un dispositivo elettronico.
L’efficienza energetica, non vuole dire solamente aumentare la durata della batteria, ma anche minore generazione di calore, con riflessi favorevoli sull’efficienza e sull’affidabilità, oltre a riflettersi favorevolmente sui costi della bolletta energetica. Un esempio meno convenzionale è data dalle stazioni base per comunicazioni cellulari, i cui costi di gestione vengono ormai in una parte rilevante dalla bolletta elettrica. Inoltre, le stazioni base vengono a volte spesso collocate in area ove non è disponibile energia elettrica (per esempio in paesi in via di sviluppo) e quindi sono alimentate con motori diesel o pannelli solari. Riducendo il consumo di potenza (aumentando l’efficienza energetica) si agisce direttamente sull’impatto ambientale di questi sistemi, riducendolo a zero nel caso dell’utilizzo dei pannelli solari (possibile solo per consumi di potenza non eccessivi).
Da sempre attenta a queste problematiche National Semiconductor può mettere in campo competenze specifiche – in termini di dispositivi e tool di progetto per la gestione dell’alimentazione, di sviluppo di processi low power, di tecnologie di packaging, di proprietà intellettuali – che permettono la realizzazione di sistemi sempre meno “affamati” di energia.
Uno dei “cavalli di battaglia” di National Semiconductor è rappresentata dalla tecnologia PowerWise, disponibile sotto forma di proprietà intellettuale: sviluppata nel 2002 in collaborazione con ARM, questa tecnologia permette di ridurre fino al 70% il consumo di energia nei processori digitali. Dal punto di vista tecnologico, Powerwise utilizza la regolazione di tensione adattativa (AVS) e la normalizzazione della soglia per minimizzare automaticamente la potenza attiva e dissipata per correnti di perdita (leakage) nei circuiti integrati digitali.
Di recente la società ha ampliato la propria linea PowerWise – estendendo questa marca a tutti i prodotti, per la gestione della potenza e il trattamento del segnale, che si distinguono per il miglior rapporto tra prestazioni e consumi. Un primo esempio di ciò è data dalla introduzione di tre nuovi amplificatori differenziali high-speed a elevata efficienza energetica. Questi amplificatori si propongono come valide soluzioni la cui adozione permette ai progettisti di sviluppare in tempi brevi sistemi con rapporto prestazioni/consumi ottimizzato.
Di seguito alcune delle loro caratteristiche salienti.
L’LMH6552 è l’unico amplificatore differenziale a feedback di corrente caratterizzato da una banda passante di 1,5 GHz con un consumo di 112 mW inferiore del 44% rispetto a quello degli analoghi prodotti attualmente disponibili sul mercato. L’amplificatore a guadagno variabile e controllo digitale (DVGA) LMH6515 offre una eccellente figura di rumore di 8 dB e un livello di intercetta di uscita (OIP3) di 40 dBm a 70 MHz che utilizzato nel canale di ricezione WCDMA e WiMAX garantisce una riduzione del consumo pari al 20% delle soluzioni offerte dalla concorrenza. Il driver differenziale LMH6555 consente la realizzazione di un sistema di acquisizione dati da 8 bit a 3 gigasample con consumi bassissimi.
LMH6552, LMH6515 e LMH6555 vengono utilizzati unitamente ai convertitori analogico-digitali, ai generatori di clock, e ai dispositivi per power management di National su tre schede che costituiscono dei progetti di riferimento mirati alle base station per sistemi wireless WiMAX e 2G/3G, alle apparecchiature di test e di misura, e ai sistemi di comunicazione high-speed utilizzati in applicazioni spaziali e della difesa. Ogni scheda è ottimizzata in termini sia di prestazioni sia di consumi per poter gestire l’elaborazione di segnali analogici high-speed su tutto il canale. Queste schede sono supportate dall’hardware e dal software WaveVision di National, ed anche da specifiche applicative, schemi elettrici, liste dei componenti (BOM), e database completo con il loro layout. Questi dati sono disponibili, senza alcun costo, sul sito web della National Semiconductor.