Basso consumo e sistemi portatili

CIRCUITI INTEGRATI –

I convertitori analogico-digitali di Arctic Silicon Devices e le tecnologie di ottimizzazione dell’immagine di QuickLogic: due interessanti esempi di soluzioni volte ad aumentare la durata delle batterie

La diffusione dei sistemi portatili in tutti i settori applicativi dell'elettronica (dalla telefonia al medicale) comporta ovviamente una maggiore attenzione ai fabbisogni energetici dei circuiti integrati, che incidono sensibilmente sull'autonomia offerta dalle batterie. Nel caso dei telefoni cellulari evoluti la necessità di contenere i consumi si scontra però con requisiti applicativi ed economici. Sul piano applicativo aumenta infatti l'importanza dei contenuti video, che richiedono display relativamente grandi e maggiore capacità di elaborazione; quest'ultimo parametro, inoltre, tende ad aumentare anche a causa delle nuove funzioni di “gesture recognition”, la modalità di comando basata sul riconoscimento dei movimenti della mano. Sul piano economico incidono ovviamente i vincoli tipici dei prodotti di largo consumo, che impediscono l'impiego di batterie molto costose. La pressione si concentra quindi sui produttori di circuiti integrati, chiamati a offrire soluzioni che consentano di mantenere inalterata l'autonomia delle batterie anche a fronte di un continuo aumento delle funzionalità. Il problema della riduzione dei consumi, tuttavia, non riguarda solo i prodotti di largo consumo ma anche una vasta gamma di sistemi professionali come ad esempio gli apparati portatili per ecografia. Di questi temi si è parlato nel corso di una serie di incontri tenutisi recentemente a San Francisco, dove alcune aziende hanno presentato nuove soluzioni di sicuro interesse.

Convertitori A/D dalla Norvegia
La società startup norvegese Arctic Silicon Devices ha illustrato la propria offerta di convertitori analogico-digitali caratterizzati da consumi particolarmente bassi. La famiglia Snowflake, presentata nel novembre del 2008, comprende convertitori a 10 e 12 bit, a canale singolo o doppio, per velocità comprese tra 20 e 80 Msps. Il modello a 12 bit con canale doppio a 80 Msps, ad esempio, consuma 102 milliwatt e offre un rapporto segnale/rumore di 72,4 dB. Stando ai dati presentati dal Ceo della società, John Raaum, i convertitori dei principali produttori (Analog Devices, Texas Instruments, Maxim, Linear Technology, National Semiconductor) hanno valori di consumo compresi tra 422 e 760 milliwatt e valori di SNR compresi tra 69,3 e 71,1 dB. Quest'anno Asd ha presentato una nuova famiglia di convertitori denominata Glacier, comprendente dispositivi a 12 bit basati sulla stessa tecnologia ma con un maggiore livello di integrazione; il numero di canali, infatti sale a otto. Sono inoltre state aggiunte uscite Lvds a 12 o 14 bit, selezionabili tramite interfaccia Spi. Alla velocità di 50 Msps i dispositivi consumano 40 milliwatt per canale, con un rapporto segnale/rumore tipico di 72,2 dB. Un'importante innovazione introdotta dalla famiglia Glacier è la disponibilità di due modalità di funzionamento che consentono di ridurre ulteriormente i consumi rispetto alla modalità attiva, già di per sé parsimoniosa. In Sleep Mode i dispositivi assorbono 3 milliwatt per canale e possono tornare al funzionamento normale in mezzo microsecondo; in Down Mode il consumo scende sotto i 10 microwatt e i tempi di risveglio salgono a 18 microsecondi. Secondo Raaum queste modalità a basso consumo sono particolarmente utili in applicazioni come i sistemi portatili per ecografia a ultrasuoni, il cui funzionamento è caratterizzato da fasi di attività alternate a tempi morti. I nuovi convertitori si rivolgono ovviamente anche ad altre applicazioni, tra cui i Multiple Antenna Radio System e i Distributed Antenna System. I chip della famiglia Glacier sono compatibili a livello di piedinatura con i convertitori Texas Instruments delle famiglie Ads527x e Ads528x; in futuro saranno rese disponibili versioni compatibili con la piedinatura dei convertitori Analog Devices AD9222, AD9212 e AD9252.
Fondata nel 2007, Asd è guidata da manager di età compresa tra trentotto e quarantacinque anni e dispone di progettisti che hanno al loro attivo una notevole esperienza nel campo dei convertitori analogico-digitali. Il “segreto” del basso consumo, ha spiegato Raaum, consiste in un modello fisico capace di ottimizzare qualunque circuito a capacità commutate, minimizzando l'assorbimento senza diminuire le prestazioni. Asd, che è ovviamente una società fabless, impiega un processo Cmos a 0,18 micron della fonderia Tsmc.

Gestire i display nei sistemi multimediali
Nel campo dei sistemi portatili multimediali (come i telefoni cellulari evoluti, i Pda, i giochi elettronici ecc.) va segnalata una novità introdotta da QuickLogic, società che - com'è noto - realizza dispositivi denominati Customer Specific Standard Product (Cssp). Un Cssp è in sostanza un chip che raggruppa un insieme di funzioni base rivolte a un'intera classe di sistemi (ad esempio una certa tipologia di telefoni), ciascuna delle quali costituita da un blocco hardware che - pur essendo “fisso” - può essere configurato per consentire la personalizzazione del prodotto. Un secondo livello di personalizzazione deriva dal tessuto programmabile non-volatile che collega i blocchi fra loro. La novità annunciata da Quicklogic consiste in una nuova “piattaforma” (cioè un nuovo Cssp) denominata ArcticLink II VX4, rivolta alla gestione del display nei sistemi portatili multimediali. La nuova piattaforma comprende infatti tre blocchi principali: il Visual Enhancement Engine (VEE) 2.0, un client MDDI e un frame buffer. Ricordiamo che la tecnologia VEE consiste nell'implementazione hard-wired dell'algoritmo Iridix sviluppato da Apical Limited per migliorare il contrasto e quindi la qualità delle immagini in tutte le condizioni di illuminazione, una possibilità molto interessante per i display destinati a funzionare anche all'aperto. Secondo QuickLogic, l'implementazione hard-wired offre consumi nettamente inferiori rispetto all'alternativa software (cioè rispetto all'esecuzione dell'algoritmo da parte del processore presente a bordo del sistema) e consente quindi di estendere i vantaggi di Iridix anche ai sistemi portatili. Inoltre il frame buffer integrato (oltre a consentire l'uso di economici display Rgb senza Ram) permette di aggiornare l'immagine inviando al display solo i pixel che cambiano da un frame al successivo. Diminuisce quindi il carico di lavoro per la Cpu, che può essere posta più frequentemente in modalità sleep riducendo i consumi.

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