Silicon Labs punta al mercato dei microcontrollori a 32 bit a bassissimo consumo con una nuova famiglia di dispositivi basati sul core Arm Cortex-M3, denominata Precision32 e contraddistinta dalla sigla SiM3L1xx. Le Mcu di questa serie si caratterizzano per un consumo di 175 µA/MHz in modalità attiva e meno di 250 nA in modalità “sleep” (con Rtc funzionante). Questi risultati sono stati ottenuti tramite innovazioni architetturali che puntano a prolungare il più possibile la modalità “sleep”, a ridurre l'assorbimento in modalità attiva e anche a minimizzare i consumi dell'intero sistema in cui la Mcu è collocata. Grande attenzione, inoltre, è stata posta sull'aspetto della flessibilità applicativa. La famiglia, pensata in primo luogo per i sistemi portatili con connettività Internet, comprende versioni con valori di memoria Flash compresi tra 32 e 256 kB e una varietà di contenitori tra cui il Bga80 (5,5 x 5,5 mm).
Un convertitore dc-dc al posto del regolatore
Una delle innovazioni finalizzate a ridurre i consumi in modalità attiva riguarda l'alimentazione, in particolare la riduzione della tensione fornita dalla batteria: al posto del tradizionale regolatore di tensione, Silicon Labs ha scelto infatti di utilizzare un convertitore dc-dc integrato nel chip. Il vantaggio è un netto aumento dell'efficienza di conversione e quindi un migliore sfruttamento dell'energia. Il convertitore dc-dc può essere utilizzato anche per alimentare altri chip nell'ambito del sistema. Altre innovazioni riguardano il controllore Lcd, riprogettato per ridurre i consumi del display, e la possibilità di diminuire la tensione di alimentazione della Mcu (voltage scaling statico e dinamico).
Non svegliare la Cpu che dorme
Per prolungare il più possibile la modalità “sleep” i nuovi dispositivi comprendono varie periferiche autonome, capaci cioè di lavorare anche se la Cpu dorme. Tra esse, la più innovativa è quella dedicata alla trasmissione radio di pacchetti di dati (“Data Transfer Manager”), utile alle Mcu che gestiscono sistemi wireless. Tra le altre periferiche autonome sono compresi l'orologio in tempo reale (Real Time Clock, che può essere spento per ridurre il consumo della Mcu in modalità “sleep” a 50 nanoampere) e l'unità che gestisce l'interfaccia verso i sensori (Sensor Interface Manager); quest'ultima è basata su un'architettura di analog front-end stimolo-risposta ed è completamente programmabile. Il tempo di risveglio della Cpu, inoltre, è stato ridotto a quattro microsecondi, per ridurre lo spreco di energia in questa fase.
Strumenti di sviluppo
Silicon Labs pone grande enfasi sulla riduzione dei consumi a livello di sistema, il che richiede la valutazione di numerosi compromessi tra le condizioni di funzionamento di tutti i componenti. Per facilitare questo compito, la società ha realizzato strumenti di sviluppo “power aware” per le Mcu SiM3L1xx che consentono di ottimizzare il firmware dal punto di vista energetico. Gli strumenti comprendono una funzione di stima dei consumi delle varie periferiche e forniscono una serie di suggerimenti.
