Atmel выпускает чипы для IoT, работающие от батарейки годами

Инновации Интернет вещей
автор: Андрей Васильков  31 марта 2015

Известный производителей микросхем – компания Atmel, чья штаб-квартира расположена в самом сердце Кремниевой Долины, сегодня выпустила первую партию микроконтроллеров с рекордно низким энергопотреблением. Чипы серии SMART SAM L21 на базе архитектуры ARM с разрядностью 32 бита могут радикально изменить представления о типичном времени автономной работы небольших интеллектуальных устройств и даже сделать применение Li-Ion аккумуляторов для них неоправданным.

Скорость развития «интернета вещей» сильно сдерживается энергопотреблением устройств. Ёмкую батарею просто негде разместить в носимых гаджетах, а солнечные панели, термоэлектрические или другие преобразователи энергии пока не удаётся использовать настолько же эффективно.

FM-трансмиттер на базе платы SAM L21 Xplained Pro, питающийся от с термоэлектрического преобразователя. (фото: atmel.com).

FM-трансмиттер на базе платы SAM L21 Xplained Pro, питающийся от с термоэлектрического преобразователя. (фото: atmel.com).

Основные затраты энергии у типичного гаджета приходятся на подсветку экрана и питание микропроцессора. Если использовать дисплей на электронных чернилах, то время автономной работы вырастет в разы и будет измеряться уже днями. Отказ от экрана – ещё более радикальный способ, но подзаряжать устройство всё равно придётся регулярно. Его процессор обрабатывает информацию от датчиков и модулей беспроводной связи практически постоянно.

Процессоры общего назначения для мобильных и встраиваемых систем – не самое изящное решение в сфере IoT. Например, компания Intеl давно продвигает SoC на базе различных модификаций Atom. Среди её однокристальных систем Silvermont есть чипы с TDP до трёх ватт, что ещё недавно казалось прорывом. Между тем, для микросхем с архитектурой ARM типичны значения в доли ватта, но это всё равно слишком много для таких простых применений, как сбор информации от датчиков и передача данных по Bluetooth LE. Здесь не нужна ни высокая тактовая частота, ни большой кэш, ни расширенные наборы инструкций. Требуется более специализированный продукт, который по-прежнему легко интегрировать с другими компонентами и программировать привычным образом.

Новые чипы серии SAM L21 на базе ядра ARM Cortex-M0+ работают на частоте до 48 МГц, обеспечивая энергопотребление на уровне 35 мкА / МГц в активном режиме и до 200 нA в состоянии глубокого сна. Менеджер по маркетингу Atmel Андреас Йеланд (Andreas Eieland) пояснил, как удалось достичь таких показателей: «В традиционной реализации режима сна отключаются все блоки контроллера, кроме часов реального времени. Это необходимо для того, чтобы после пробуждения он оставался синхронизирован. В L21 мы полностью изменили схему пониженного энергопотребления. Весь чип разделён на пять доменов, и остаточный ток может забираться от неиспользуемых модулей. К тому же, периферийные устройства продолжают взаимодействовать даже когда контроллер спит».

Пять доменов контролллера SAM L21 (изображение: Atmel).

Пять доменов контролллера SAM L21 (изображение: Atmel).

Обычно с низкой мощностью ассоциируется малая функциональность, но в случае чипов серии L21 это не так. В них реализован двенадцатиразрядный АЦП (в модификации L21J он двадцатиканальный) и связь с периферийными устройствами в режиме моста: вся периферия может общаться напрямую без участия контроллера. Чип также содержит хост USB 2.0 (в режиме Full Speed), выполненный на базе внутреннего RC-генератора, и набор инструкций для оптимизации криптографических вычислений по алгоритму AES. Для хранения данных используется до 256 КБ встроенной флеш-памяти и до 40 КБ ОЗУ. Серия насчитывает десять модификаций, в которой найдутся подходящие решения для самых разных задач.

Изюминкой серии L21 стал периферийных сенсорный контроллер Atmel QTouch, который обеспечивает встроенную аппаратную поддержку управляющих элементов. Действия с кнопками, слайдерами, колесиками прокрутки, датчиком приближения, а также нажатия на сенсорные экраны всех типов могут обрабатываться чипом L21 без использования внешних компонентов.

Блок-схема микроконтроллера серии L21 (изображение: Atmel).

Блок-схема микроконтроллера серии L21 (изображение: Atmel).

Другой особенностью этого микроконтроллера стал инновационный модуль последовательной связи (SERCOM). Он полностью программно-конфигурируемый и служит для обработки подключений по интерфейсам I2C, USART / UART и SPI. Одновременно чип может работать с четырьмя или шестью модулями SERCOM. Контроллер DMA используется 16-канальный, поддерживающий как работу оперативной памяти, так и периферийных устройств передачи данных. Чип также содержит три операционных усилителя, два аналоговых компаратора и программируемый логический блок.

Топовая модификация L21J18A потребляет при пиковой нагрузке 6 мВт, но в реальных задачах из сферы «интернет вещей» такая нагрузка бывает всего несколько секунд в сутки. Большую часть времени микроконтроллер находится в состоянии сна. Если бы не саморазряд и старение Li-Ion аккумулятора, то первоначальной ёмкости батареи типичного смартфона хватило бы Atmel L21 на годы работы. На базе этого чипа запущено производство комплекта SMART SAM L21 Xplained Pro с макетной платой и DIY-компонентами для быстрого прототипирования электронных схем. Базовая комплектация обойдётся в $54.

Поделиться
Поделиться
Tweet
Google
 
Читайте также
Atmel показала на CES 2015 концепт будущего пульта управления электроникой в автомобиле.
Atmel показала на CES 2015 концепт будущего пульта управления электроникой в автомобиле.
672
В Apple придумали, как снизить энергопотребление «умных» часов
В Apple придумали, как снизить энергопотребление «умных» часов
Самый крошечный в мире ARM-микроконтроллер
Самый крошечный в мире ARM-микроконтроллер
  • Алексей

    Я вот думаю, а сама батарейка-то за «годы» не саморазрядится?

  • Aleksandr Konosevich

    > обеспечивая энергопотребление на уровне 35 мкА / МГц в активном режиме
    > и до 200 нA в состоянии глубокого сна

    Напомнило:

    [ новорусская пиписькометрия ]

    — Я растаможу этот состав за 100000$!
    — А я его растаможу за 5000$!
    — А я — так вообще всего-то за тыщу!
    — РАСТАМАЖИВАЙ!

    А ежели серъёзно, то давайте лучше ждать скорого снижения энергопотребления МК ещё на порядок? ;-)

  • Twain

    Весчь, надо брать. 20 АЦП, 40кб оперативки и прочий фарш. Жаль, блютус не встроенный.

Хостинг "ИТ-ГРАД"
© ООО "Компьютерра-Онлайн", 1997-2017
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на "Компьютерру" обязательна.
«Партнер Рамблера» Почта защищена сервером "СПАМОРЕЗ" Хостинг "Fornex"