Une Architecture Innovante De Silicon Labs Obtient La Plus Faible Consommation Systeme Pour Un MCU 32 Bits

Les MCU d’ultra basse consommation sont en effet des blocs de base essentiels pour les dispositifs à communications IP connectés à l’IdO. Selon les experts, vers 2020 l’IdO devrait rassembler quelque 50 milliards de ces dispositifs intelligents, capables en toute autonomie de mesurer, surveiller, traiter, contrôler et communiquer via des réseaux sans fil. Un grand nombre de ces nœuds terminaux intelligents seront alimentés par batterie ou par récupération d’énergie, et exigent par conséquent des MCU d’efficacité énergétique exceptionnelle, comme les SiM3L1xx, qui permettent aux développeurs d’optimiser la consommation système.

Conçue pour un fonctionnement exceptionnellement peu gourmand, la famille SiM3L1xx Precision32 rassemble les MCU 32 bits de plus haute efficacité énergétique de l’industrie, à processeur ARM Cortex-M3 à 50 MHz. Ces MCU à signal mixte incorporent au niveau de l’architecture et des périphériques des innovations écoénergétiques leur assurant une consommation de courant plus faible que celle de bien des MCU 8 bits, ce qui permet aux développeurs d’utiliser des cœurs 32 bits performants dans leurs produits embarqués basse consommation, sans compromettre la durée de vie de batterie.

La réduction de consommation en mode actif fait appel à plusieurs innovations. Ainsi, l’ajustement dynamique de la tension (dynamic voltage scaling) adapte la tension interne du dispositif aux évolutions des conditions de fonctionnement. L’intégration d’un convertisseur DC-DC buck de haut rendement réduit la consommation en mode actif d’environ 40% par rapport aux MCU 32 bits concurrents. Des périphériques spécialisés, comme le gestionnaire de transferts de données, le bloc de chiffrement AES et l’encodeur firmware accélèrent le traitement des protocoles RF des applications sans fil sans intervention du CPU, ce qui abaisse aussi significativement la consommation système.

Un mode amélioré d’accès direct en mémoire (DMA) diminue de 90% la consommation liée au protocole, et la rétention de la RAM et de l’état des registres assure un réveil rapide en 4 µs. Les MCU comportent aussi un contrôleur LCD breveté dont l’architecture de redistribution de charge réduit la consommation de l’écran de presque 40% sans compromis de performance.

La consommation en mode veille des MCU SiM3L1xx est abaissée, de manière considérable, en optimisant la consommation des périphériques (pompe de charge, horloge temps réel ou RTC, interface capteur, UART de mode veille, comparateur et contrôleur LCD). Le convertisseur à pompe de charge génère une tension optimisée pour les circuits en veille, ce qui réduit le courant de veille de 35% dans les circuits analogiques et de 50% dans les circuits numériques. Les MCU intègrent une RTC multi-alarme pour les fonctions d’horloge et d’interruption, une UART de veille assurant une communication basse consommation et une interface capteur qui fournit les stimuli et les mesures des capteurs pendant que le MCU reste en veille. Cette interface capteur autonome poursuit les comptages durant le mode veille et réveille le MCU en cas de dépassement ou lorsqu’un seuil programmable est atteint.

Les MCU SiM3L1xx et leurs outils de développement ont été conçus en vue d’une optimisation globale de la consommation système. Pour cela, ils combinent une technologie brevetée de conversion de tension avec des périphériques avancés qui réduisent la consommation des autres circuits intégrés du système. Par exemple, le convertisseur DC-DC innovant abaisse le courant de tout le système. La tension de sortie est configurée à la valeur la plus basse acceptable par les circuits connectés au MCU, ce qui minimise aussi la consommation globale. Cette technique est particulièrement utile dans les applications alimentées par batterie comme les compteurs intelligents, où cette innovation peut étendre la durée de vie de la batterie jusqu’à 20 ans.

Les outils de développement Precision32, centrés consommation
L’IDE basé Eclipse et le logiciel AppBuilder gratuitement fournis par Silicon Labs incluent de nouvelles capacités uniques en leur genre d’estimation de la consommation et de configuration du MCU, en vue d’obtenir la plus faible consommation système possible :
• Power Estimator fournit une représentation graphique du courant d’alimentation total et des courants additionnels des périphériques activés. Les valeurs brutes de courant de chaque périphérique montrent clairement où l’énergie est consommée, et un camembert affiche le pourcentage de la consommation de chaque périphérique par rapport au courant total. Power Estimator met à jour automatiquement le concept à chaque changement de configuration, permettant aux concepteurs d’optimiser chaque mode.
• Power Tips aide les développeurs durant la configuration à minimiser la consommation de courant. Cette fonction apparaît automatiquement dans AppBuilder lorsque le curseur passe sur un paramètre configurable. La disponibilité d’astuces d’optimisation de consommation durant la configuration du MCU épargne un temps de développement considérable. Le logiciel AppBuilder facilite aussi la tâche du développeur en simplifiant la sélection des périphériques, l’initialisation et la personnalisation du brochage des MCU Precision32.

La conception basse consommation est particulièrement difficile, parce que les développeurs doivent prendre en compte de nombreuses optimisations spécifiques de l’application pour atteindre leur objectif de consommation, déclare Mike Salas, VP et directeur général de l’activité MCU de Silicon Labs. La nouvelle famille de MCU à signal mixte Precision32 est unique dans l’industrie car elle apporte une combinaison sans précédent de périphériques avancés, d’architecture innovante et d’outils de conception sensibles à la consommation, ce qui donne aux concepteurs assez de souplesse pour optimiser leur produit au niveau système.

L’activité autour de l’implémentation de la variété de dispositifs connectés formant l’Internet des Objets prend de l’ampleur commente Richard York, directeur de l’activité processeurs embarqués d’ARM. Silicon Labs répond à cette tendance majeure de l’industrie avec une famille de microcontrôleurs d’efficacité énergétique exceptionnelle, basée sur notre CPU Cortex-M3. Nous sommes encouragés par l’innovation continuelle observée sur ce marché, où l’arrivée de MCU avancés, comme la famille Precision32 SiM3L1xx de Silicon Labs, aidera fortement à développer l’IdO.

Prix et disponibilité
Les MCU SiM3L1xx de Silicon Labs sont immédiatement disponibles en quantités de production, en boîtiers QFN et TQFP aussi petits que 5,5 x 5,5 mm avec 32 à 256 ko de flash. Leur prix unitaire par 10 000 unités démarre à 2,55 $ (US). Ils sont proposés avec des kits de développement complets incluant le kit SiM3L1XX-B-DK kit (sans LCD) et le kit SiM3L1XXLCD-B-DK LCD, chacun au prix de détail recommandé de 99 $ (US).