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瑞薩電子的極低功耗SOTB™製程技術讓物聯網裝置不再需要電池

本文作者:瑞薩電子       點擊: 2018-11-15 08:07
前言:
突破性的獵能型嵌入式控制器 可以在傳統技術無法達到的電流準位上操作
2018年11月14日--先進半導體解決方案頂尖供應商瑞薩電子(TSE:6723)今日宣佈,推出一款創新的獵能型(energy-harvesting)嵌入式控制器,可以淘汰掉在IoT裝置中使用或更換電池的需求。這款新型嵌入式控制器,是以瑞薩突破性的SOTB™(silicon-on-thin-buried-oxide,矽晶薄氧化物埋層)製程技術為基礎開發而成,能夠極度的降低有效電流和待機電流消耗,這是以前傳統微控制器(MCU)無法實現的結合。以SOTB為基礎的嵌入式控制器,有著極低的電流準位,讓系統製造商能夠更進一步,透過獵取光照、振動和流體等環境中的能量源,完全淘汰產品對電池的需求。極低功耗和獵能技術的運用,帶動出一個全新的市場,由具有端點智慧化,免維護,且連接到IoT的感測裝置所組成,適用在工業、商業、住宅、農業、醫療保健和公共基礎設施,以及健康與健身的服飾、鞋類、可穿戴裝置、智慧手錶和無人機。瑞薩已經開始提供這款新的嵌入式控制器給測試版客戶。
 

 
瑞薩首款採用SOTB技術的商業化產品,R7F0E嵌入式控制器,是一款Arm® Cortex®型的32位元嵌入式控制器,能夠以高達64 MHz的頻率操作,快速處理局部的感測器資料,並執行複雜的分析和控制功能。R7F0E僅消耗20 μA/MHz的有效電流,150 nA的待機電流,約為傳統低功耗MCU的十分之一,這幾個領先業界的特性,讓R7F0E非常適合極低功耗和獵能技術的應用。
 
R7F0E化解了系統設計人員所面臨的許多挑戰,因為他們希望藉由有效的獵能功能,來建構具有成本效益的產品。具有獨特且可配置的獵能型控制器(Energy Harvest Controller,EHC)功能,可提升強固性,並儘量減少昂貴的外部元件。EHC可以直接連接到許多不同類型的環境能量源,例如太陽能、振動或壓電,同時在啟動時防止有害的湧浪電流。EHC還能管理外接電力儲存裝置的充電,例如超級電容器或可選配的可充電電池。R7F0E也能夠滿足其他考量極低功耗的系統。舉三個這樣的例子,包括:(1)可不斷感測和擷取外部類比訊號,因為14位元類比至數位轉換器(ADC)僅消耗3 uA電流,(2)可保留高達256 KB的SRAM資料內容,因為每KB 的SRAM僅消耗1 nA,以及(3)可藉著採用先進的低功耗硬體技術,提供包括旋轉、捲頁和著色在內的圖形資料轉換,因為只要使用Memory-In-Pixel1 LCD科技,來驅動外部顯示器,幾乎不需要用到電力來保留圖形。這幾個例子代表了R7F0E的設計人員對於細節的注重,用以滿足工程師的需求,因為工程師必須考慮到整個系統對極低功耗設計的要求。
 
瑞薩產業事業部執行副總裁兼總經理橫田善和(Yoshikazu Yokota)表示:「我很高興瑞薩達成這個里程碑,將我們的SOTB技術產品化,導入獵能技術,成為市場上第一種解決方案。」

「藉由汰除對電池,或是更換電池的需求,我們和客戶將迎向嶄新的市場。獵能技術將成為智慧化社會的必備科技,瑞薩可望領導和擴展這種技術,還有這個市場。瑞薩會繼續推動e-AI,以實現AI化的嵌入式裝置端點。展望未來,我們的SOTB技術,將擴展我們的使用者範圍,將電子AI和獵能技術相結合,將對我們的日常生活,產生非常巨大而正面的影響。」
 
R7F0E嵌入式控制器的主要特性
• CPU: Arm Cortex-M0+
• 工作頻率:最高32 MHz,強化模式(boost mode)下最高64 MHz
• 記憶體:最大1.5 MB快閃記憶體,256 KB SRAM  
• 工作電壓為3.0V時的電流消耗:
o 有效電流:20μA/MHz
o 深度待機電流:150 nA,帶有即時時脈源和重置管理單元
o 軟體待機電流:400 nA,保留核心邏輯和32 kB SRAM資料、即時時脈源、重置管理單元
o SRAM資料保留,每KB的SRAM會消耗1nA,可加選到高達256KB
• 獵能型控制器(EHC):用於直接而強固的連接到能量產生裝置,以及用於能量存放裝置的充電管理介面
• 類比至數位轉換器(ADC):14位元、32KHz工作頻率、3uA功耗
• 圖形:2D圖形資料轉換和MIP顯示器介面
• 安全和加密:真亂數產生器、每顆R7F0E晶片唯一ID、AES加密加速
 
瑞薩推出全新的R7F0E嵌入式控制器,將擴展出具有不同特性和功能的獵能技術解決方案系列,以滿足許多極端低功耗應用的需求。瑞薩致力於通過其獵能技術,促進端點智慧化,以實現環保、智慧化的社會,在這種社會中,IoT裝置沒有電源或電池更換的問題,卻能夠創建更高水準的性能和功能。
 
關於瑞薩的SOTB製程技術
瑞薩原創的獨特SOTB製程技術,達成了有效電流和待機電流的巨幅降低,這在傳統的MCU製程技術中,通常會陷入一種取捨的困境,因而無法實現。在矽基板上,氧化物薄膜(BOX:buried oxide,氧化物埋層)埋藏在晶元基板上的薄矽層下面。由於薄矽層沒有雜質摻雜,使得BOX可以在低電壓下保持穩定的操作。因此,這些元件可以提供高計算性能和出色的功率效率。在此同時,利用反向偏壓電路控制BOX層下方矽基板的電位,以減少漏電流,可以進一步抑制待機模式的功耗。
 
註1:MIP(memory-in-pixel,畫像素內嵌記憶體)LCD,是一種在待機期間,不需要電源來維持顯示畫像素的顯示裝置,因此非常適合極低功耗的應用。
 
供貨資訊
新型R7F0E嵌入式控制器的樣品,目前供貨給測試版客戶,一般客戶則計畫於2019年7月開始供貨。量產計畫於2019年10月開始。
 
在electronica 2018展示
瑞薩將於11月13日至16日在2018年慕尼黑電子展(electronica)B4展覽館#556號攤位上,展示幾款採用新型R7F0E嵌入式控制器的獵能技術。參觀者可以體驗使用獵能技術智慧型端點的嶄新市場。
關於更多全新R7F0E嵌入式控制器的資訊,請造訪http://www.renesas.com/us/en/solutions/key-technology/sotb.html
瞭解更多關於瑞薩e-AI解決方案的資訊
查看全新e-AI網頁:
https://www.renesas.com/en/solutions/key-technology/e-ai.html
觀賞全新e-AI概念影片:
https://www.renesas.com/en/support/videos/e-ai-overview-video.html
 
關於瑞薩電子
瑞薩電子(TSE:6723)以完整的半導體解決方案提供值得信賴的嵌入式設計與創新,使數以億萬計的智慧型裝置能夠相互連結,讓人們得以安全、安心地工作與生活。身為全球領先的微控制器、類比元件、電源IC、SoC及整合式平台供應商,瑞薩為汽車、工業、家用電子、辦公室自動化以及資訊通信科技…等廣泛的應用範圍提供先進的專業知識、品質與全面性的解決方案,協助人們實現大無限的未來。欲了解更多資訊,請造訪renesas.com。

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