Entwicklungstechniken für stromsparende Mikrocontroller

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Renesas Electronics Europe GmbH

Zur Ermittlung der Batterie-Lebensdauer des Messgeräts berechnet man den individuellen Durchschnittsstrom für jede Funktion, indem man den Strombedarf mit dem Prozentsatz der Aktivität im Betriebszyklus multipliziert. Die Summe dieser Einzelbeiträge ist der durchschnittliche MCU-Gesamtbetriebsstrom (ICC): 1,46 µA.

Unter den wichtigsten Einzelfaktoren beim durchschnittlichen Stromverbrauch des Messgeräts entspricht der Betriebsstrom im Software-Standby-Modus von 0,79 µA ca. 54% des Gesamtwerts von 1,46 µA, während die Durchfluss-Überwachungsfunktion 0,62 µA oder ca. 42% des Gesamtwerts ausmacht. Bei Anwendungen mit relativ langen Perioden der Inaktivität entspricht der in den Software-Standby und Run-Betriebsarten verbrauchte Strom dem Großteil des durchschnittlichen MCU-Betriebsstroms. Es ist daher wichtig, dass die im Design verwendete MCU ein hervorragendes Low-Power-Verhalten in diesem beiden Betriebsarten bietet.

Berechnung der Batterie-Lebensdauer

Im vorliegenden Beispiel wird angenommen, dass die Batterie des Messgeräts eine Kapazität von 300 mAh besitzt und über den Großteil ihrer Lebensdauer ca. 3 V liefert. Aus diesem Wert kann man die Batterielebensdauer berechnen, indem man die Batteriekapazität durch den durchschnittlichen MCU-Strom teilt: 300,000 μAh/1,46 μA = 206.243 Stunden oder 23,5 Jahre.

Die Kalkulation zeigt, dass die Batterielebensdauer eines Durchflussmessers auf der Basis einer RX111 MCU die spezifizierte Anforderung von 20 Jahren mehr als erfüllt. Dieses Ergebnis demonstriert ganz klar die Vorteile im Systemdesign, die sich durch den Einsatz einer RX100 MCU mit außerordentlich niedrigem Stromverbrauch ergeben.

Die o.g. Berechnungen der Batterielebensdauer konzentrieren sich auf den Stromverbrauchsanteil des Mikrocontrollers. Natürlich ist zu beachten, dass der Strombedarf externer Komponenten und die Selbstentladung der Batterie in diesem Beispiel nicht berücksichtigt sind. Es gibt eine Reihe von Design-Techniken, die bei Anwendungen mit externen Bauteilen zu berücksichtigen sind. Diese allerdings gehen über die Aufgabenstellung des vorliegenden Artikels hinaus. Die Run-Betriebsarten der RX100 MCUs bei verringerter Taktfrequenz ermöglichen also eine verlängerte Batterielebensdauer, wenn die wichtigsten Anwendungsroutinen feste Ausführungszeit besitzen, das heißt, dass sie nicht ausschließlich von der CPU-Leistung abhängig sind.

* Graeme Clark ist Senior Principal Engineer in der Industrial & Communications Business Group bei Renesas Electronics Europe.

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