0,9 V Spannungsversorgung MCU-Betrieb mit einer einzigen Batteriezelle

Noch bis vor kurzem erforderte selbst die Strom sparendste MCU mit der niedrigsten Betriebsspannung eine minimale Versorgung von 1,8 V – damit sind zwei in Reihe geschaltete Alkaline-Batterien erforderlich. Neue Bausteine bieten nun eine minimale Betriebspannung von nur 0,9 V – was dem Wert einer einzigen Alkaline-Batterie gegen Ende deren Lebensdauer entspricht.

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Bei einem Betrieb mit nur einer Batterie lassen sich z.B. innerhalb eines ähnlichen Formfaktors zwei kleinere Zellen durch eine größere Einzellen-Batterie ersetzen und somit die Batterielebensdauer eines Geräts verlängern. Alternativ lassen sich die zwei Batterien parallel anstatt in Reihe verbinden, was die Batterielebensdauer ebenfalls erhöht. Solche parallelen Batterieverbindungen erfordern mechanische Maßnahmen, um eine falsche Polung beider Zellen zu verhindern.

Eine andere Möglichkeit ist, eine Batterie zu entfernen, wobei das Produkt kleiner und kostengünstiger wird. Nun möchte man annehmen, dass das Entfernen einer Batterie die Lebensdauer des Produkts um die Hälfte verkürzt - im Folgenden wird dies jedoch widerlegt. Es ist natürlich möglich, ein System mit einem Stand-alone-DC/DC-Boost-Wandler zu entwickeln, der eine Standard-MCU mit 0,9 V betreibt. Dabei wird die Eingangsspannung auf 1,8 V oder höher gewandelt. Dieser Stand-alone-Ansatz führt im batteriebetriebenen Embedded-System jedoch zu Einschränkungen.

Um den Stromverbrauch zu minimieren, ist es wünschenswert, den DC/DC-Wandler bei Nichtgebrauch zu deaktivieren. Ist dieser jedoch abgeschaltet, steht für die MCU keine Versorgungsspannung zur Verfügung. Außerdem kann die Echtzeituhr nicht aufrechterhalten werden oder das System kann ohne externen Input irgendeiner Art keinen Neustart durchführen. Noch schlimmer: bei jeder Deaktivierung des DC/DC-Wandlers verliert die MCU ihren gesamten RAM-Inhalt. Bleibt der DC/DC-Wandler allerdings stets in Betrieb, erreicht der Standby-Stromverbrauch des Systems selbst im Sleep-Modus der MCU hohe Werte von mehr als 20 µA.

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