So erhalten Embedded-Entwickler maximale MCU-Leistung bei minimalem Energieverbrauch

Enbedded-Systeme So erhalten Embedded-Entwickler maximale MCU-Leistung bei minimalem Energieverbrauch

25.01.2012Autor / Redakteur: William Marshall * / Margit Kuther

Leistungsfähiger sollen Embedded-Systeme werden bei geringerem Stromverbrauch. RS Components gibt Tipps, wie Entwickler mit passenden MCUs und Energiespartechniken diesen Spagat schaffen.

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Energy Micro EFM32 Gecko: Die Mikrocontroller-Familie arbeitet in Spannungsbereichen von +1,8 V bis + 3,8 V mit einer maximalen Taktfrequenz von 32 MHz

Für Entwickler wird der Stromverbrauch ein immer wichtigerer Faktor in ihren Projekten. Ein besonderes Merkmal von CMOS ist, dass signifikante Strommengen nur dann aufgenommen werden, wenn sich der Zustand eines Logikgeräts ändert.

Eine höhere Taktfrequenz führt folglich zu einem höheren durchschnittlichen Stromverbrauch. Ein einzelner MCU hat daher zwei verschiedene Beiträge zum Energiebudget zu leisten: einen statischen und einen dynamischen.

Reduktion der statischen Spannung

Ein Gerät verbraucht Energie durch Leckstrom, selbst wenn die Taktfrequenz ausgeschaltet ist. In neueren Geräten sind einzelne Schaltkreiselemente dichter zusammengepackt, was den Isolierungswiderstand reduziert und zu einem Absinken der Versorgungsspannung führt. Logik, die bei +1,8 V arbeiten kann, ist heute relativ weit verbreitet, und es gibt sogar Logik, die mit Versorgungsspannungen von nur +0,9 V auskommt.

So kann die Microchip nanoWatt XLP P-Serie von PIC-Microcontrollern im Spannungsbereich von +2,5 bis +5,5 V bis zu einer maximalen Taktfrequenz von 32 MHz arbeiten. Genügen 16 MHz, lässt sich die die Versorgungsspannung auf +1,8 V absenken, sofern auch die Peripheriegeräte die niedrige Spannung meistern. Dies führt zu einer Reduktion sowohl des spannungsabhängigen als auch des frequenzabhängigen Stromverbrauchs. Auch die EFM32-Gecko-Microcontroller-Familie von Energy Micro stellt hier ein gutes Beispiel dar. Sie arbeiten in Spannungsbereichen von +1,8 V bis + 3,8 V mit einer maximalen Taktfrequenz von bis zu 32 MHz.

Reduktion der statischen Frequenz

Fehlen Energiesparmodi, sollten Entwickler immer die niedrigstmögliche Taktfrequenz wählen, mit der die gewünschte Aufgabe in der vorgegebenen Zeit erledigt werden kann. Bei einem einfachen Gerät wie einer TV-Fernbedienung wird daher oft die „Uhrenquarz“-Frequenz von 32 kHz verwendet.