Материалы

Новаторский энергосберегающий микроконтроллер R7F0E работает при уровнях тока потребления 20 мкА/МГц, недостижимых для обычных технологий.

ТОКИО, Япония ― Компания Renesas Electronics (TSE: 6723), ведущий поставщик передовых полупроводниковых решений, сегодня представила инновационный энергосберегающий микроконтроллер (МК), который может исключить необходимость использования батарейки в устройствах IoT. Разработанный на базе прорывной технологии SOTB™ (silicon-on-thin-buried-oxide), новый МК достигает экстремального снижения потребляемой мощности как в активном, так и в спящем режимах, - комбинация, которая была невозможна в обыкновенных МК. Экстремально низкие уровни тока в МК на базе SOTB-технологии дают возможность производителям систем шагнуть вперед и полностью исключить потребность в батарейках в некоторых видах их продукции путем получения необходимой энергии от альтернативных источников, - свет, вибрация, или поток газа/жидкости.

Использование экстремально низкого потребления и альтернативного получения энергии дает начало новому рынку необслуживаемых интеллектуальных IoT для применения в промышленности, бизнесе, жилых домах, коммунальном хозяйстве, сельском хозяйстве, здравоохранении и общественной инфраструктуре, а также в здравоохранении, спорте, одежде, обуви, «умных» часы, и даже в дронах. Renesas уже начал поставки нового МК ключевым клиентам.

Первый коммерческий продукт Renesas', использующий технологию SOTB, микроконтроллер R7F0E, - это 32-разрядный Arm® Cortex® МК, способный работать на частоте до 64 МГц, что обеспечивает быструю местную обработку сенсорных данных, выполнения сложного анализа и функций управления. Потребляя только 20 мкА/МГц в активном режиме и всего 150 нА в спящем, что примерно в десять раз меньше потребления обычных микромощных МК, R7F0E со своими самыми передовыми в отрасли характеристиками полностью удовлетворяет требованиям крайне низкого энергопотребления и нетрадиционных способов получения энергии.

R7F0E исключает множество проблем, с которыми сталкиваются проектировщики систем, желающие создать рентабельную продукцию с эффективной системой сбора энергии. В составе МК есть уникальный конфигурируемый Диспетчер Сбора Энергии (ЕНС), предназначенный для увеличения надежности и устойчивости работы, а также минимизации числа дорогостоящих внешних компонентов. EНС допускает прямое подключение к различным видам источников энергии окружающей среды, как например солнечная, вибрационная или пьезоэлектрическая, обеспечивая защиту от вредных бросков тока при старте. EНС также управляет зарядкой внешних накопителей энергии, таких, как суперконденсаторы или (при желании) аккумуляторные батареи.

В архитектуру R7F0E включено также множество иных возможностей, обеспечивающих экстремально низкое энергопотребление.

Вот три из них:

1 - Возможность постоянно обрабатывать аналоговые сигналы с помощью 14-разрядного АЦП, ибо он потребляет ток всего 3 мкА.

2 - Возможность хранить в SRAM-памяти до 256 кбайт, потребляя только 1 нА на каждый килобайт.

3 - Обеспечивается преобразование графических данных, в том числе поворот, сдвиг и раскрашивание, с использованием маломощных аппаратных решений, для управления внешними ЖК-дисплеями типа «Memory-In-Pixel» (1), которые не потребляют фактически никакой мощности при хранении изображения.

Эти примеры представляют интерес, поскольку детализируют то, что проектировщики R7F0E сделали, чтобы удовлетворить запросы инженеров, которые должны рассматривать технические требования к системе с экстремально низким энергопотреблением в целом.

«Я очень доволен, что Renesas достиг этой вехи в продвижении нашей технологии SOTB, создав этот первый в своем роде образец продукции для энергосберегающих систем», - сказал Yoshikazu Yokota, Административный Вице-президент и Общий Менеджер подразделения Индустриального Бизнеса Renesas. «Исключая потребность в батарейках, или необходимость замены батарейки, мы открываем новые рынки для нас и наших клиентов. Энергия, собираемая из окружающей среды, станет обязательной технологией для «умного» общества, и Renesas настроен внедрять и расширять и эту технологию, и этот рынок. Renesas продолжает работы в области e-AI (embedded Artificial Intelligence), чтобы создать искусственный интеллект в конечной точке, во встраиваемых устройствах. Очень рады, что технология SOTB расширит наше проникновение в сферы, где комбинация e-AI и энергии, собираемой из окружающей среды, оказывает очень большое положительное влияние на нашу повседневную жизнь».

Основные характеристики микроконтроллера R7F0E

• Ядро: Arm Cortex-M0+
• Рабочая частота: До 32 МГц, и до 64 МГц в режиме boost
• Память: До 1.5 MB FLASH, до 256 KB SRAM
• Потребление при напряжении 3.0В:
  • Активный режим: 20 мкА/МГц
  • Режим Deep Standby: 150 нА (RTC ON)
  • Режим Software Standby: 400 nA (сохр. данных ядра и 32 KB SRAM, RTC ON)
  • Потребление на хранение данных SRAM: 1 нА на 1 KB, всего до 256KB
  • Диспетчер Сбора Энергии (ЕНС) с функцией зарядного устройства
• АЦП: 14 разрядов, 32 кГц, потребление 3 мкА
• Графика: 2D-графические преобразования и MIP-интерфейс ЖК-дисплея
• Шифрование и безопасность: Генератор случайных чисел, уникальный ID для каждого МК, AES-шифрование.

С появлением нового МК R7F0E для встраиваемых приложений, Renesas расширяет линейку изделий для устройств, получающих энергию из окружающей среды, благодаря новым функциям и особенностям этого изделия, позволяющим создавать массу приложений с экстремально низким энергопотреблением. Renesas предан идее продвижения интеллекта в конечную точку, где энергия собирается из окружающей среды, чтобы реализовать экологичное, умное общество, в котором даже изделия высшего уровня функционирования и управления могут быть созданы без источника питания и без проблем замены батарейки.

О технологическом процессе SOTB от Renesas

Уникальная технология производства SOTB, разработанная Renesas, позволяет достичь экстремального снижения как тока потребления в активном режиме, так и тока в спящем режиме, значение которого обычно было неким компромиссом без возможности достичь его уменьшения в обычных технологиях процесса изготовления МК. На кремниевой подложке слой оксида (BOX: buried oxide) оказывается «похороненным» под тонким кремниевым слоем на основании кремниевой пластины. Никаких легирующих добавок в тонком кремниевом слое не содержится, что делает возможным поддержание устойчивого режима при низких напряжениях. Поэтому устройства могут достигать высокой вычислительной мощности с превосходной энергетической эффективностью. В то же время, потенциал кремниевой подложки ниже потенциала слоя BOX, что обеспечивается цепью обратного смещения, чтобы сократить токи утечки, - это способствует сокращению потребляемой мощности в спящем режиме.

Примечание 1: ЖК типа MIP (пиксель в памяти) - устройства индикации, которые не потребляют мощности в режиме хранения изображения, что делает их очень привлекательными для приложений с экстремально низким энергопотреблением.

Поставка

Образцы нового МК R7F0E доступны сейчас для ключевых клиентов; планируется, что образцы будут доступны для всех клиентов с июля 2019 года. Массовое производство микроконтроллера R7F0E запланировано на октябрь 2019 года.

Узнать больше о решениях Renesas для e-AI

https://www.renesas.com/en/solutions/key-technology/e-ai.html.

Видео: https://www.renesas.com/en/support/videos/e-ai-overview-video.html.

Источник: https://www.renesas.com/eu/en/about/press-center/news/2018/news20181114.html