Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
15.10.2012

Neuerungen in MCU-Architektur verringern Stromaufnahme

Silicon Laboratories Inc. stellte ARM-Cortex-M3- prozessorbasierte Mikrocontroller mit einer niedrigen Stromaufnahme sowie dazugehörige stromverbrauchsbewusste Entwicklungstools vor.

Die Precision32-SiM3L1xx-MCUs und Entwicklungs-umgebung nutzen Mixed-Signal-Neuerungen von Silicon Labs und erlauben es Entwicklern, den Stromverbrauch im Aktivmodus auf 175 µA/MHz und im Sleep-Modus auf 250 nA zu senken, wobei die Echtzeituhr bei 3,6 V aktiviert bleibt. Die neuen, stromsparenden Mixed-Signal-MCUs eignen sich für Smart Meter, Verbrauchsüberwachung, Home Automation, Wireless Security, Asset Tracking, persönliche medizintechnische Geräte und andere stromsparende Anwendungen, um das «Internet der Dinge» zu erlauben.

Stromsparende MCUs sind ein wichtiger Bestandteil IP-fähiger Geräte, die an das Internet angeschlossen werden. Experten gehen davon aus, dass das Internet der Dinge im Jahr 2020 an die 50 Milliarden Geräte umfassen wird, die über drahtlose Netzwerke automatisch Messen, Überwachen, Verarbeiten, Steuern und Kommunizieren. Da viele dieser intelligenten Endknoten über Batterien oder Energy Harvesting versorgt werden, benötigen sie extrem stromsparende MCUs wie die SiM3L1xx-Reihe. Entwickler sind damit imstande, den Stromverbrauch auf Systemebene zu optimieren.

Die SiM3L1xx-Serie ist eine stromsparende 32-Bit-MCU-Familie und basiert auf einem ARM-Cortex-M3-Prozessor, der mit bis zu 50 MHz betrieben wird. Die neuen Precision32-Mixed-Signal-MCUs enthalten stromsparende Peripherie und architektonische Neuerungen, mit denen sich der Stromverbrauch sogar unter den vieler 8-Bit-MCUs senken lässt. Damit lassen sich leistungsfähigere 32-Bit-Cores in energieeffizienten Embedded-Designs verwenden, ohne Abschläge bei der Batterielebensdauer hinnehmen zu müssen.

Die geringe Stromaufnahme im Aktivmodus wird durch zahlreiche Neuerungen erreicht. So passt eine dynamische Spannungsskalierung die interne Spannung nach den sich ändernden Bedingungen an. Ein integrierter, hocheffizienter DC/DC-Abwärtswandler verringert die aktive Leistungsaufnahme um 40% im Vergleich zu anderen 32-Bit-MCUs. Spezielle Peripherie wie ein Datentransfer-Manager, AES-Verschlüsselungsblock und Laufzeit-Encoder beschleunigen die Verarbeitung des HF-Protokolls bei Funkanwendungen, ohne dabei die CPU zu aktivieren, was den Stromverbrauch erheblich verringert.

Ein verbesserter Direct Memory Access kann die protokollbezogene Stromaufnahme um 90% senken, und der Erhalt des RAM und Registerzustands ermöglicht schnelle Wake-up-Zeiten von nur 4 µs. Die MCUs bieten auch einen patentierten LCD-Controller mit Ladungsumver-teilungsarchitektur, der den Stromverbrauch des Displays ohne Leistungseinbußen um fast 40% senkt.

Die SiM3L1xx-MCUs bieten auch eine sehr geringe Stromaufnahme im Sleep-Modus, da die integrierte Peripherie auf niedrigsten Energieverbrauch getrimmt ist. Die Ladungspumpe erzeugt eine effiziente Eingangsspannung für die MCU-Schaltkreise im Sleep-Modus. Damit verringern sich die Analog-Sleep-Ströme um 35% und die Digital-Sleep-Ströme um 50%. Die MCUs bieten eine Multi-Alarm-RTC für Taktung und Interrupts, einen Sleep-Mode-UART für stromsparende Kommunikation und eine integrierte Sensorschnittstelle, die eine Sensoransteuerung und Messung ermöglicht, während sich die MCU im Sleep-Modus befindet. Die autonome Sensorschnittstelle zählt im Sleep-Modus weiter und kann die MCU nach einem Zählerüberlauf oder beim Erreichen eines einstellbaren Zählerstands aktivieren.

Der SiM3L1xx und die dazugehörigen Entwicklungstools tragen dazu bei, den Stromverbrauch auf Systemebene zu senken. Eine patentierte Spannungswandlungstechnik und fortschrittliche Peripherie verringern dabei den Stromverbrauch anderer ICs im System. So senkt der effiziente DC/DC-Wandler den Betriebsstrom des gesamten Systems. Wird die Ausgangsspannung auf den niedrigstmöglichen Wert anderer ICs gesetzt, die mit der MCU verbunden sind, minimiert sich auch der Gesamtstromverbrauch. Diese Technik ist vor allem in batteriebetriebenen Anwendungen nützlich, z.B. in Smart Metern, die mit dieser Neuerung eine Batterielebensdauer von 20 Jahren erreichen können.

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