20 Jahre Batterielebensdauer mit einer einzigen Batteriezelle?

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Es ist bekannt, dass ein Quarz-Oszillator beim Start aus dem Aus-Zustand einige Zeit benötigt, bis sich sein Ausgang stabilisiert und er als Systemtakt verwendet werden kann. Alternativ kann ein RC-Oszillator für all die Aufgaben, die eine MCU bewältigen muss, nicht genau genug sein. Er stellt aber einen geregelten Ausgang sofort nach dem Einschalten bereit.

Um die Wake-up-Zeit zu verkürzen, müssen beide Ansätze verwendet werden: Die CPU beginnt sofort nach der Stromzufuhr zu laufen - mithilfe des RC-Oszillators; und einer kleiner Steuerschaltkreis überträgt die Taktquelle auf einen Quarz-Oszillator, sobald dieser stabil läuft. Die mangelnde Frequenzgenauigkeit des RC-Oszillators ist durch die relativ wenigen verwendeten Zyklen vernachlässigbar.

Einfache Tasks an der MCU vorbeileiten

Der Chip- und der Systementwickler sollten sich allerdings fragen, ob die Task den Core überhaupt benötigt: selbst der energieeffizienteste Core verschwendet Batterieladung, wenn er nur zum Ausführen trivialer Aufgaben in Betrieb gesetzt wird. Unser Beispiel mit der Fernsensorik muss regelmäßig Messungen durchführen, diese aber in weniger kurzen Abständen an einen zentralen Datenspeicher senden.

Der Ablauf des Software-Stacks für die Kommunikationsschnittstelle erfordert dabei das Aufwecken des MCU-Cores. Aber das wesentlich öftere Einschalten des A/D-Wandler, der Befehl einer Wandlung und die Speicherung des Ergebnisses in einem Low-Power-Speicher verbraucht wesentlich weniger Energie, wenn die erforderliche Peripherie alleine und autonom (ohne MCU) unter der Kontrolle einer Interconnect-Matrix arbeiten kann (Bild 4).

Dabei muss hohe Flexibilität bei der Wahl der zu versorgenden Funktionsblöcke vorliegen, da sich die Anwendungen unterscheiden. Auch die Art der Kommunikation untereinander ist entscheidend, um dieses Konzept voll ausnutzen zu können.

Verschlüsselung in das Leistungsbudget mit integrieren

Bei modernen CMOS-Prozessen kann der Mehraufwand an Siliziumfläche sehr gering ausfallen, wenn Funktionen wie hartverdrahtete Blöcke mit hinzugefügt werden. Dies führt zu dem eher kontraproduktiven Ergebnis, dass für eine minimale Leistungsaufnahme die Gatterzahl erhöht werden muss. Techniken wie einen fortschrittlichen Taktbaum, Clock Gating und On-Chip-Leistungsschalter kann der IC-Entwickler zu jeder Zeit komplett abschalten. Die Verschlüsselung stellt ein Beispiel dar.

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