close

Anmelden

Neues Passwort anfordern?

Anmeldung mit OpenID

Low Power µCs: Was die hersteller versprechen! - All-electronics.de

EinbettenHerunterladen
EmbEddEd-SyStEmE
Run, Sleep, deep Sleep …
Low Power µCs: Was die
hersteller versprechen!
für eine Vielzahl von applikationen werden sparsame
µCs benötigt. auf der Suche nach dem geeigneten
typ kommt es nicht nur auf die datenblattangaben
an. Je nach applikation ist der eine oder andere
µC geeignet.
In wohl keinem anderen Bereich bei Halbleitern spielt das Marketing eine so große
Rolle wie bei den Low Power Mikrocontrollern. Da werden die Aktiv und Low Power Parameter gegeneinander ausgespielt
und die Datenblattangaben so verschlüsselt, dass ein Vergleich schwer fällt. Besonders bei den sehr sparsamen Vertretern
kann man die Angaben auf der ersten Seite des Datenblattes bezüglich des Leistungsverbrauchs und zugehöriger Parameter einfach schlicht vergessen. In
diesem Beitrag wollen wir etwas Licht in
das Dunkel der Angaben bringen.
Warum Low Power µCs?
– der Low Power hipe
So wie man beim Automobil auf einen immer geringeren Treibstoffverbrauch zielt,
ergibt sich durch den zunehmenden Einsatz
batteriebetriebener Geräte die Forderung
nach einer langen Batteriestandzeit. Aber
nicht nur batteriebetriebene Geräte, wie
Spielkonsole, Funk-Wetterstation, Blutdruckmesser, Rauchmelder usw. benötigen
sparsame µCs. Weitere Einsatzgebiete mit
Anforderungen an wenig Energieverbrauch
finden sich in den Messgeräten für den
Verbrauch von Wasser, Elektrizität usw.
heute unter dem Begriff Smart Metering
bekannt. Low Power bezeichnet auch Applikationen oder stellt ein Marktsegment
dar, bei dem der Mikrocontroller nur wenige Bruchteile seines Lebens aktiv ist, man
spricht von Duty Cycle, der oft nur 10 % betragen kann. Auch im geparkten Automobil
NEC Electronics
sind bestrebt die Temperatur- und Betriebsspannungs abhängigen Leckströme der
verwendeten Halbleiterprozesse so gering
wie möglich zu halten, da diese die Stromaufnahme in den Sparmodi nicht unwe-
Microchip xx)
Texas Instruments
Run/Dynamic/Normal Mode Run/Dynamic Mode
Active Mode
Halt Mode (Main)
ganze Peripherie ein
Sleep mit WDT
LPM3-VLO-Standby
Modexxx
Halt Mode (Sub Clock) TeilPeripherie ein
Sleep mit RTC oder RTCC
LPM3-LFXT1-Standby
Mode
Stop Modex
Sleep Mode
LPM4 RAM Retention
n. a.
Deep Sleep mit RTCCxxxx
LPM5 Shutdown Mode
n. a.
Deep Sleep mit RTCC
n. a.
x
˘ autoR
Siegfried W. Best,
Redaktion
elektronik industrie
24
dürfen nach einer
EU-Direktive alle
Steuergeräte
zusammen
maximal
50 µA aus
der Batterie
ziehen, wenn
es abgestellt
ist. Weitere
Regularien
( Ve r o r d n u n g
(EG)Nr1275/ 2008
der Kommission
vom 17. Dez. 2008 zur
Durchführung der Richtlinie 2005/32/EG) betreffen neben den Steckernetzteilen ab dem 7.
Januar 2010 auch alle
Haushaltsgeräte (außer solche mit Digitalanzeige), die im Standby nur noch 1 W aufnehmen dürfen und ab 2013 nur noch 0,5 W.
Die Computer sind von der Regelung ausgenommen. Alle Hersteller sparsame µCs
abhängig vom Subclock, Teil-Peripherie ein (LCD/RTC usw. WDT mit eigenem Takt, RAM Datenerhalt
xx bei Microchip gibt es noch den Doze Mode, der CPU-Takt ist dann geringer als der Peripherietakt
xxx LPM = Low Power Mode
xxxx =
Tabelle 1: Hier der Versuch, die unterschiedlichen Spar-Modi Definitionen der Hersteller NEC Electronics, Microchip und TI zuzuordnen.
elektronik industrie 1/2 - 2010
Embedded-Systeme
Run/Aktiv/Normal Modex
Sleep Modexx
Sleep Modexxx
Deep Sleep
Wake-up Time
Energy Micro
EMF32
195 µA
900 nA
600 nA
20 nA
2 µs
NEC Electronics
µPD78Kx2-L
220 µA
580 nA
730 nA
300 nA
2,5 µs
NEC Electronics
µPD78Kx3-L
190 µA
700 nA
900 nA
330 nA
23,3 ... 30,7 µsxxxx
Microchip
PIC16F193X
150 µA
440 nA
540 nA
80 nA
1 µs
Microchip
PIC24F16KA102
195 µA
400 nA
500 nA
28 nA
1 µs
TI
MSP430x1xx
220 µA
500 nA
900 nA
100 nA
1 µs
x
Ub 3 V, 1 MHz; xx mit BOD+WDT; xxx mit BOD, WDT+RTC; xxxx bis CPU startet, Peripherie ist bereits an
Tabelle 2: Vergleich der wesentlichen Low-Power Werte der sparsamen Mikrocontroller der Hersteller NEC Electronics, Microchip und TI.
sentlich bestimmen. Das Problem ist dabei,
dass mit dem Trend zu immer ­schmaleren
Strukturen, der zu höheren möglichen Taktfrequenzen und kleinerer Chipfläche führt,
die Leckströme zunehmen.
Die Low Power Parameter/Betriebsarten
Nicht erst mit der Ankündigung des Gecko
von Energy Micro (siehe Beitrag in diesem
Heft, Seite 30) ist eine Diskussion um die
Definition der einzelnen Low Power Betriebsarten aufgekommen und andere Anbieter dieser sparsamen Mikros, darunter
besonders nxp und TI, sind mit dem Erscheinen des Geckos aufgewacht. Befasst man
sich nun mit den Datenblättern der einzelnen Anbieter, wird man mit einer Fülle von
Begriffen überhäuft, die untereinander
überhaupt nicht vergleichbar sind. Da gibt
es z. B. Angaben über den Stromverbrauch
im Run Mode, im Standby, im Sleep Mode,
im Deep Sleep Mode, im Stop Mode, im Shut
Off Mode, im Standby Mode, im extended
Standby Mode, im Idle Mode, im Power
Down, im Power Save, im RTC Mode, im RAM
Retention Mode usw. Warum das so ist,
muss man die Marketingstrategen der einzelnen Anbieter fragen. Es gibt sogar Hersteller, die in ihren Datenblättern die einzelnen Spar-Modi ausführlich beschreiben,
aber im ganzen Datenblatt keine Werte zu
diesen einzelnen Modis angeben. Besonders
schwierig wird der Vergleich, da die einzelnen Hersteller oft das Gleiche meinen, es
aber anders bezeichnen (siehe Tabelle 1).
Der Stromverbrauch steigt im Run- oder
Aktiv Mode mit dem Systemtakt, der für
einen geringen Stromverbrauch so niedrig
wie möglich gehalten wird. Die Takt­
frequenz wird aber noch von anderen
­Faktoren beeinflusst, einschließlich der
zugehörigen Peripherie wie auch der Architektur und dem Befehlssatz. Ein effizienter
elektronik industrie 1/2 - 2010
Befehlssatz trägt wesentlich zu einer guten
Energiebilanz bei. RISC-Controller führen
typischer Weise in einem Taktzyklus aus,
aber einige Architekturen teilen den Takt
herunter wie bei den CISC-Controllern, bevor sie die CPU erreichen. Das führt zu Konfusion darüber, welche Taktfrequenz wirklich benötigt wird, um die Zielapplikation
auszuführen. Deshalb sollten Schaltungsdesigner auch einen tiefen Blick auf die
Befehlssatzarchitektur werfen, wenn sie
die Stromverbrauchswerte in den Datenblättern der Mikros vergleichen.
Es ist, wie bereits geschrieben, unmöglich,
die einzelnen Angaben der oben genannten Sparmodi zu vergleichen. Anhand der
Terminologie der Anbieter Microchip, NEC
und Texas Instrument, die im Low Power
Markt eine wesentliche Rolle spielen, werden im Folgenden die wesentlichen Sparmodi einmal vorgestellt und die Werte der
angebotenen Low Power µCs in Tabellen 1
und 2 verglichen.
Der Run-Mode
Die Energiefaktoren im Run- oder DynamikMode (Microchip) auch Aktiv-Mode (TI)
oder Normal-Mode (NEC) genannt, sind die
Betriebsspannung, der Takt, die Architektur,
die Befehlsausführungszeit und die Technologie. Anders ausgedrückt ist der Energieverbrauch das Produkt aus Ub x Idd x
Ausführungszeit. Kurze Ausführungszeit
bedeutet geringere Aktivzeit und damit
geringeren Leistungsverbrauch. Die Ausführungszeit wiederum wird bestimmt
durch Einzyklus-Befehle, durch die Befehlssatzarchitektur und die Taktfrequenz, was
sich in MIPS ausdrückt. Die Datenblattangaben beim Run-Mode müssen für einen
brauchbaren Vergleich deshalb Angaben
über die Taktfrequenz und die Betriebsspannung enthalten. Da ­wundert man sich
z. B. über Spannungsangaben wie 1,8 V, ein
Wert, den keine Batterie liefert, aber zu
einer ge­ringen Stromaufnahme führt. Oder
was soll diese Angabe, wenn z. B. der OnChip AD-Wandler erst ab 2,2 V arbeitet.
Marketing lässt in beiden Fällen grüßen.
Bei der Angabe der Stromaufnahme im
Run-Mode ist es auch von Bedeutung, ob
die Taktfrequenz bestimmende PLL aktiv
ist oder nicht, und über welchen Teilungsfaktor sie verfügt.
Die Sleep-Modi
In vielen Applikationen läuft der Con­troller
nicht kontinuierlich, und auch die Pe- ˘
Bild 1: Da µCs sich oft lange Zeit im Schlafmode befinden, sollen die Werte für diesen Betriebszustand sehr niedrig ausfallen, gut für die Gesamtenergiebilanz.
(Bild: Atmel)
25
Embedded-Systeme
Bild 2: Architektur des PIC16F193X. ripherie ist die meiste Zeit zur Untä­tigkeit
verurteilt (Bild 1). Der Gesamt­energie­
verbrauch kann dann durch die verschiedenen Schlaf-Modi gesenkt werden.
Im Sleep Mode werden CPU und Peripherie mit Spannung versorgt, bleiben aber
ohne Takt außerdem bleibt der Inhalt des
RAMs erhalten. Innerhalb der Sleep Modi
gibt es wiederum feine Unterschiede. In
Tabelle 1 haben wir einmal zusammengestellt, was die Hersteller NEC, Microchip
und Texas Instrument unter den einzelnen
Sleep Modes verstehen.
Bild 3: Architektur des µPD78Kx2-L.
26
(Bild: Microchip)
Der Idle Mode
Der Idle Mode scheint keine so große Rolle zu
spielen, wird er doch in nur wenigen Datenblättern angegeben. Je nach Hersteller sind
in diesem Mode die CPU und die nichtflüchtigen Speicher nicht aktiv. Die Peripherie einschließlich Interruptcontroller, Eventsystem
und DMA-Controller laufen aber weiter. Jeder
Interrupt weckt das System auf.
Die Wake-up Zeit
In die Energiebilanz geht auch die Wakeup Zeit ein, die Zeit, die der Controller be-
(Bild: NEC Electronics)
nötigt, um aus dem Schlaf zu erwachen.
Das Aufwachen kann im einfachsten Falle
durch einen Tastendruck geschehen, oder
durch eine Busaktivität, die Ansteuerung
von einem IR-Sender, Bluetooth usw.
Es muss sichergestellt werden, dass die CPU
in jedem Fall aus dem Schlaf geweckt wird,
deshalb darf der Sleep Mode nicht zu tief
sein. Bis die CPU mit ihrer Arbeit beginnen
kann, müssen bestimmte Bedingungen
erfüllt sein. Es muss der Takt anliegen, dass
erfolgt bei einem On-Chip RC-Oszillator
sehr schnell, d. h. 1 000-mal schneller als bei
einem externen oder integrierten Quarzoszillator. Manche Low Power µCs verfügen
über Dual Start up, erst springt zur Verkürzung der Start-up Zeit der RC-Oszillator an,
später übernimmt die CPU den Takt von
dem Quarzoszillator, wenn höhere Präzision gefragt ist.
Typische Low Power µC Vertreter
Drei Mikrocontroller-Familie, die am ehesten
vergleichbar sind, stammen vom Microchip,
NEC und Texas Instruments, die hier und in
Tabelle 2 in alphapetischer ­Reihenfolge kurz
vorgestellt werden. Die Angaben, die hier
verglichen werden, ­entstammen den Datenblättern der Hersteller. Diese Datenblätter
usw. können jeweils über unseren info­
DIRECT-Service am Ende des Artikels heruntergeladen werden.
Microchip
Microchip hat im letzten Jahr ihre neue
nanoWatt XLP eXtrem Low Power Technologie vorgestellt und baut damit die bereits große Marktpräsenz aus. Für die
­nanoWatt XLP eXtrem Low Power Technologie wurde in den letzten Jahren fleissig
sowohl am Prozess, am Transistor Design
und Layout, wie auch an entscheidenden
Peripherie Blöcken wie RTCC, WDT und
BOR gearbeitet und optimiert.
Alle künftigen Mikrocontroller von Microchip werden ab sofort in dieser neuen
Technologie der Firma hergestellt.
Die ersten Produktfamilien wurden zudem
bezüglich der on-chip Peripherie optimal
auf den Bedarf in batteriebetriebenen
Applikationen zugeschnitten. Dieses sind
z. B. Schnittstellen wie USB oder LCD und
mTouch Blöcke.
Dadurch entfallen zusätzliche externe
Komponenten, was neben der Energieein-
elektronik industrie 1/2 - 2010
sparung auch Kosten, Platz und Komplexität von Systemen einspart.
Die Werte, die hier bei der nanoWatt XLP Technology erzielt
werden, können sich sehen lassen:
˘ Sleep Mode bis herunter zu 30 nA
˘ Zusätzlicher Deep Sleep Mode bei reduzierter Funktionalität
bis herunter zu 20 nA
˘ Brown-out Reset bis herunter zu 45 nA
˘ Watchdog Timer (WDT) herunter bis zu 350 nA (1,8 V) und
˘ Real-Time Clock/Kalender herunter bis 490 nA (1,8 V, 32 kHz)
˘ Optimierbare Run-Mode und Wake-up Verlustleistung durch
eine Vielfalt von Modi bis herunter auf 2 µA typ.
Was Microchip im Run-Mode auszeichnet ist eine große Vielzahl
an Oszillator Optionen z. B. das Clock Switching oder Dual Clock genannt (d. h. Start mit schnellem internen Oszillator, dann Umschalten auf präzisen Quarzoszillator) sowie deren hohe Flexibilität, welche die CPU optimal auf jede Applikation und deren
spezifische Verlustleistungs-Anforderung abstimmen. Zusätzlich
ist durch die bei Microchip erweiterte Befehlsbreite von bis zu
16 bit bei den 8-Bittern und 24 Bit bei den 16 Bittern, selbst bei
gleicher Verlustleistung pro MIPS, durch den effizienteren Durchsatz die Run-Time erheblich reduziert, was natürlich zu einer
weiteren Reduzierung der durchschnittlichen Gesamt-Verlustleistung beiträgt.
Am Beispiel der in vielen Geräten zu findenden Mikrocontroller
der PIC16F193X-, dessen Architektur Bild 2 zeigt, und PIC24F16KA102
Familien werden hier und in den Tabellen 1 und 2 die aktuellen
Bedingungen und Werte für die genannten Modi angegeben:
˘ Run Mode – hier laufen CPU, Flash, SRAM und Peripherie
˘ Idle Mode – CPU aus, Flash, SRAM und Peripherie ein
˘ Clock Switching Mode – stromsparendes Hochfahren des Mikrocontrollers mit verschiedenen, umschaltbaren Clock Quellen
˘ Sleep Mode – CPU & Flash aus, Peripherie nach Wunsch an/
aus und SRAM aktiv
˘ Deep Sleep Mode – CPU, Flash, SRAM und Großteil der Peripherie aus, aber Wake-up fähig!
Außerdem gibt es bei Microchip den Doze Mode bei dem der CPU
Takt mit geringerer Rate als die Peripherie arbeitet.
NEC Electronics
Weit verbreitet sind die Controller der 78K-Familie, deren sparsamste Vertreter die Versionen 78K0/Kx2-L (dessen Architektur
zeigt Bild 3) und 78K0R/Kx3-L sind. Die kompletten Daten können
dem Datenblatt entnommen werden. Die wesentlichen Angaben
zum Stromverbrauch dieser Controller sind in der Tabelle 2 zum
Vergleich mit den Typen von Microchip und Texas Instruments
angegeben. Für den Normal Mode werden für den K0/Kx2-L bei
3 V Ub und 1 MHz ganze 220 µA angeben, die bei 4 MHz auf 500 µA
ansteigen und bei 8 MHz bis auf 1,3 mA. Im Halt Mode sind es
1,13 µA (Halt+RTC mit 32 kHz), im Stop Mode (Int.Low-Speed +
TMH1) fließen noch 0,65 µA und im Stop-Mode 0,3 µA. Beim
78K0r/Kx3-L werden angegeben für den Normal Mode 190 µA
bei 1 MHz bzw. bei 8 MHz 2,4 mA und bei 20 MHz ganze 5,3 mA.
Im Halt Mode sind es 1,1 µA, im Stop Mode 0,64 µA bzw. 0,33 µA.
Beim 78K0R/Kx3-L sind für die maximale Taktfrequenz außer- ˘
elektronik industrie 1/2 - 2010
Embedded-Systeme
wonnen. Der ACLK kann für eine im Hintergrund laufende Real-time Clock für
Wake-up Funktionen verwendet werden.
Ein integrierter schneller, digital gesteuerter Oszillator (DCO) stellt den Masterclock (MCLK) für die CPU und die schnelle
Peripherie. Durch sein spezielles Design
ist der DCO in weniger als 6 µs aktiv und
stabil. Mit dem sogenannten Zero-Power
Brown-out Detector (BOD) kann der MSP
430 zusätzlich Strom sparen, er erkennt
das Unterschreiten eines bestimmten
Spannungspegels, was schnell erfolgen
sollte (> 2 µs).
Weitere Low Power Mikrocontroller
Bild 4: Architektur des MSP430 von TI.
dem angegeben 0,63 mW/MIPS (3 V) bzw.
1,27 DMIPS/MHz entsprechend 25,4 DMIPS
bei 20 MHz.
Texas Instruments
Weit verbreitete und mit der bislang geringsten Stromaufnahme ist der Low Power Mikrocontroller MSP430. Es ist eine
16-bit RISC CPU, mit Peripherie und einem
flexiblen Taktsystem verbunden unter
Verwendung eines von-Neumann Common Memory Address Bus (MAB) und eines Memory Data Bus (MDB) (Bild 4). Diese Partnerschaft einer modernen CPU mit
modularer Memory-mapped analoger und
(Bild: Texas Instruments)
digitaler Peripherie eignen den MSP430
gut für anspruchsvolle Mixed-Signal Applikationen.
Die Schlüsselmerkmale der MSP430x1xx
Familie schließen ein:
˘ Ultralow-Power Architektur für lange
Batterielaufzeit mit
˘ 0,1 µA RAM Datenerhalt
˘ 0,8 µA Realtime Clock Mode
˘ 250 µA/MIPS aktiv
Das Taktsystem wurde speziell für Batterie
betriebene Systeme ausgelegt. Ein niederfrequenter Takt (low-frequency auxiliary
clock = ACLK) wird direkt aus einem einfachen 32-kHz-Uhrenquarzoszillator ge-
Weitere Anbieter von Low Power Mikrocontrollern sind Atmel, EM Marin, der
schon erwähnte Energy Micro, nxp, Rohm,
Seiko Epson und Silicon Labs. Alle Controller zielen Applikationen wie batteriebetriebene Geräte, e-Metering usw. wie
eingangs genannt, an.
Die Controller von NXP und der Gecko von
Energie Micro sind am ehesten vergleichbar, verfügen sie über die sparsamen Cores
von ARM . Mehr über den Gecko lesen sie
in dieser Ausgabe ab Seite 30. NXP bietet
den 32-Bit LPC1100 mit ARM Cortex-MO
Core und für 50 MHz Takt an. Im Run Mode
benötigt er 250 µA bei 1 MHz und mit einer
Ub von 3 V. Eine Power Management Unit
ist für die drei Sparmodi vorgesehen. Im
˙
Er läuft und läuft und … 8-Bit-Flash-µC mit äuSSerst geringem Stromverbrauch
Seit 2009 ist OKI Semiconductor Teil der
Rohm Semiconductor Gruppe. Rohm Semiconductor stellt nun unter der Bezeichnung ML610Q400 eine Serie hochleistungsfähiger 8-Bit-Mikrocontroller in
CMOS-Technologie aus der Entwicklung
von OKI Semiconductor vor. Ein von 3,6 V
bis 1,1 V herunter lauffähiger Flash-Speicher, eine spezielle Low-Power-Technologie, ein sorgfältig abgestimmtes PowerManagement und der hocheffektive 8-Bit
RISC-Prozessorkern des Typs nX-U8/100
machen diesen µC zur hocheffizienten
Lösungen für alle Applikationen, in denen
es auf geringsten Stromverbrauch und
das Erzielen langer Laufzeiten an einer
einzelnen Batterie ankommt. Die geringe
28
Stromaufnahme beträgt 0,5 µA im HALTModus und 0,15 µA im STOP-Modus.
Der RISC-CPU-Core erreicht dank einer
dreistufigen Pipeline-Architektur einen
Durchsatz von einer Instruktion pro Taktzyklus. Da die µCs der ML610Q400-Serie
mit einem LCD-Treiber und zwei ADCs
ausgestattet sind, eignen sie sich für sensorbasierte Applikationen mit LCD-Anzeige – von Armbanduhren über Schrittzähler und Pulsmesser bis zu Thermostaten.
Sie werden im erweiterten Temperaturbereich von – 40 bis + 85 °C angeboten.
Zusätzlich präsentiert Rohm die LowPower-µCs der ML610Q340-Serie von OKI.
Diese Familie ist für qualitativ hochwertige Audiowiedergabe-Funktionen optimiert, da sie neben einem Synthesizer
auch Filterfunktionen, einen 16-Bit-DAC
und einen 1 W Lautsprecherverstärker
enthalten.
Rohm Semiconductor ist auf der Embedded World vertreten über Rutronik in Halle 9-435.
elektronik industrie 1/2 - 2010
Embedded-Systeme
Sleep Mode werden 2 mA (12 MHz) benötigt, die im Deep Sleep auf 6 µA fallen und
im Deep Power Down Mode noch 220 nA
betragen. Der 32-Bit-LPC1343 mit dem
Cortex-M3 Core benötigt im Run Mode
330 µA (1 MHz, 3 V), im Deep Sleep 30 µA
und im Deep Power Down Mode 0,2 µA.
Atmels 8/16-Bit AVRXmega Controller haben die Leser der elektronik industrie schon
in einigen der High Tech Toys vorgefunden,
die wir in jeder Ausgabe zerlegen. Die Controller benötigen im Run Mode 365 µA bei
1 MHz und 1,8 V bzw. 790 µA bei 3 V. Im Idle
Mode sind dies 135 bzw 255 µA. Für Power
Down Modes werden folgende Werte angegeben: 0,1 µA (alle Funktionen außer
Betrieb) oder 1,1 µA (WDT, Sampled BOD).
In Atmels Power Save Mode sind es dann
noch 0,55 µA bei 1,8 V bzw. 1,15 µA bei 3 V.
Maxim hat mit dem MAXQ2000 einen
16-Bit-µC mit LCD-Interface für die An­
steuerung bis zu 100 RGB Segmenten.
Ursprünglich entwickelt für den Einsatz in
Blutglukose-Monitoren eignet er sich für
alle Low Power Hochleistungsapplikationen. Er kann mit 14 MHz (Ub = 1,8 V) oder
25 MHz (Ub = 2,25 V) getaktet werden und
verbraucht bei 8 MHz und 2,2 V nur 190 µA.
Die Werte für den Lowest Power Stop
Mode gibt Maxim mit 700 nA typisch an,
außerdem gibt es noch eine Low Power
32 kHz Mode und einen Divide by 256
Mode.
Brandneu ist der 8-Bit Controller ML610Q4xx von Rohm. Der ultra Low Power
Controller mit RISC-Architektur und dreistufiger Pipeline arbeitet einen Befehl per
Zyklus ab und arbeitet von 3,6 V bis herunter zu 1,1 V mit embedded Flash. Er verfügt über LCD-Treiber für 144 bis zu 1 536
Segmenten, bis zu 64 kByte Flash/ROM
sowie 4 kByte RAM. Er hat umfangreiche
Peripherie und Interfaces sowie On-Chip
Debug. Der Stromverbrauch wird mit
0,5 µA im Halt Mode und mit 0,15 µA im
Stop Mode angegeben (siehe Kasten).
Seiko Epson bietet den S1C17701 an, ein
16-Bit RISC µC mit C optimierten Code und
seriellem ICE Support. Auch er verfügt
über LCD-Treiber für 56 x 32 Segmente
sowie 64 K Byte Flash und 4 KByte RAM.
Der Controller ist ausgelegt für Takt bis
8,2 MHz und geringe Betriebsspannung
von 1,8 V. Umfangreich auch hier die Peripherie, wobei hier besonders der IR-Con-
elektronik industrie 1/2 - 2010
troller zu erwähnen ist. Die Low Power
Angaben lauten hier 1 µA im Sleep Mode
und 2 µA im Halt oder Standby Mode.
Silicon Labs hat mit C8051F93x/92x Controller im Programm, die mit Spannungen
von 0,9 V bis 3,6 V arbeiten und damit den
Batteriebetrieb ein einer oder zwei Zellen
anzielen, wobei beim Betrieb mit einer
Zelle ein DC/DC-Wandler zum Einsatz
kommt. Der 8051 Core liefert 25 MIPS bei
25 MHz, 70 % der Befehle werden in einem
oder zwei Zyklen abgearbeitet. Der Controller mit 10-Bit ADC, 64 KByte oder
32 KByte Flash und 4 K RAM verfügt als
Besonderheit über SmartRTClock, d. h. er
hat neben einem internen 24,5 MHz Oszillator (2 % genau) zusätzlich einen Oszillator für 32 kHz oder einen internen selfoscilate Mode. Zwischen den beiden
Taktquellen kann on-the-fly umgeschaltet
werden, eine sinnvolle Einrichtung für die
einzelnen Stromspar Modi. So lauten die
Werte für Idle Mode (CPU inaktiv) 165 µA
bei 1 MHz und 1,8 V bzw. 235 µA bei 3,6 V.
Läuft der SmartRTClock geht der Wert auf
84 µA herunter. Im sogenannten Suspend
Mode lauten die Werte dann 77 µA (zwei
Zellen), für Sleep Mode (SmartRTClock an)
werden 0,6 µA (1,8 V) angegeben, der bei
3,6 V auf 0,85 µA steigt.
Im absoluten Sleep Mode betragen diese
Werte 0,05 µA (1,8 V) bzw. 0,12 µA (3,6 V).
SiLabs gibt in seinem Datenblatt eine Formel für die Berechnung des Stroms an, der
der Batterie entnommen wird. In diese
Kalkulation geht auch die Effizienz des DC/
DC-Wandlers mit ein. Diese Tatsache ist
bei allen Controllern mit DC/DC-Wandler
oder Ladungspumpe zu beachten. Neben
den hier genannten Low Power Mikros gibt
es weitere Typen von freescale (S08LL16
und V1 ColdFire) und STMicroelectronics
(STM32F101x8/xB).
Schlussbemerkung
Die Auswahl des passenden Low Power
Mikrocontrollers ist ein schwieriges Unterfangen. Letztendlich entscheidet die
Kundenapplikation, welcher Typ eingesetzt werden soll. Dabei spielen die nackten Daten des µCs alleine meist nicht eine
Rolle, es müssen die Umgebungsbedingungen bedacht werden sowie Größe der
eingesetzten Batterie plus der benötigten
Peripherie. Es muss in Betracht gezogen
werden, wie groß ist die Applikation, welche Batteriespannung und welcher Batterietyp wird angestrebt (es gibt einen Trend
zu einer Batteriezelle), passt die Batterie
von den Abmessungen in die Applikation,
wie sieht die Strombilanz aus, wie ist die
Applikation z. B. für Batteriewechsel zugänglich, welcher Batteriewechselzyklus
ist zumutbar usw. Auch ist es oft nötig,
nicht nach Low Power zu recherchieren,
wenn Low Voltage das Kriterium ist, z. B.
um eine Uhr lange laufen zu lassen.
Das Angebot an Derivaten in den einzelnen Mikrocontrollern ist wegen der genannten unterschiedlichen Kundenanforderungen riesig. Leider bleibt es dem
Entwickler nicht erspart, sich durch die oft
hunderte Seiten der Datenblätter zu wühlen, den Blick auf die vom Marketing geprägten erste Seite kann er sich ersparen.
An der Vielzahl der hier gezeigten Low
Power Mikrocontroller kann man erkennen, dass es sich anscheinend lohnt, sich
auf diese Nische zu stürzen, die bislang
erfolgreich von Microchip, NEC und TI besetzt wird.
Die Leser der elektronik industrie, die
sich von den µCs persönlich überzeugen
wollen, können dies auf der Embedded
World in Nürnberg vom 2. bis 4. März tun
bei:
˘ Energy Micro, Halle 12-350
˘ Microchip, Halle 9-451
˘ NEC, Halle 9-447
˘ Texas Instruments, Halle 12-436
˘ infoDIRECT
420ei0110
˘ L ink zu Microchip
– Datenblatt PIC16F193X und PIC24F16KA102 Familien
– Appl.Notes AN879 und AN1267
˘ L ink zu NEC Electronics
– Datenblatt 78K0/Kx2-L und Kx3-L
˘ L ink zu Texas Instruments
– Datenblatt MSP430xxxxx
˘ L ink zu Atmel
– Datenblatt ATxmegaxA1
– Low Power White Paper
˘ Link zu EM Marin
– Datenblätter EM6812/19
˘ Link zu Energy Micro
˘ Link zu nxp
– Datenblatt LPC1100 und LPC13xx
˘ Link zu Rohm
– Datenblatt ML610Q4xx
˘ Link zu Seiko Epson
˘ Link zu Silicon Labs
– Datenblatt C8051F93x
www.elektronik-industrie.de
29
Document
Kategorie
Technik
Seitenansichten
1
Dateigröße
1 173 KB
Tags
1/--Seiten
melden