Microcontrollori a risparmio energetico

La diffusione di dispositivi portatili sempre più piccoli e meno ingombranti ha portato a dover progettare e migliorare i componenti, soprattutto dal punto di vista energetico, al fine di incrementare l’efficienza e dunque l’autonomia dei dispositivi a fronte di una lentissima evoluzione tecnologica dei sistemi di accumulo (batterie e supercap). Questi dispositivi nascono per diversi settori, da quello consumer a quello elettromedicale passando per il settore industriale, svolgendo attività di acquisizione, elaborazione e trasmissione di dati quali temperatura, umidità, vibrazioni, contatore presenze, etc.

Introduzione

La durata della batteria e quindi la disponibilità alla missione è sempre più un parametro critico, in particolar modo quando questi dispositivi sono progettati per lavorare in ambienti difficilmente raggiungibili, o dove sostituire le batterie può essere impensabile. I componenti che influenzano per la maggiore i consumi dei dispositivi sono quelli attivi, in particolare i microcontrollori. In questo articolo ne affronteremo i vari aspetti e le tecniche adottate dai costruttori per garantire la riduzione dei consumi.

Con la necessità di prolungare il tempo di funzionamento (ossia l’autonomia dei nostri dispositivi portatili, senza provvedere alla sostituzione della batteria o alla continua fase di ricarica) è importante porre attenzione ai requisiti di alimentazione di tutti i componenti hardware, in particolar modo dei microcontrollori. Nella fase di progettazione è importante che il progettista capisca quali siano i compromessi che è disposto ad accettare e valutare le differenze nelle caratteristiche tecnologiche dei microcontrollori in commercio. La selezione di microcontrollori dedicati alle applicazioni a basso consumo, infatti, è il primo passo, anzi quello fondamentale, per raggiungere obiettivi energetici molto stringenti. Ovviamente, per ottenere risultati al limite è necessario avere una panoramica delle funzionalità del proprio dispositivo, valutando i vari stati di funzionamento e il tempo di permanenza in questi. Se i periodi di stand-by o di attesa sono molto lunghi, è necessario scegliere MCU che presentano consumi ridottissimi in tale modalità. Ovviamente non deve essere tralasciato il consumo di potenza nello stato attivo del componente. In questa condizione la potenza consumata dipende dalla frequenza di funzionamento, dalla tensione di alimentazione e dal numero di calcoli che deve fare quando è attivo. Di fatto la tecnologia di realizzazione determina il consumo energetico e dunque la corrente assorbita nella fase di attività. [...]

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