Stromsparendes Begleit-IC
Damit der Hauptprozessor länger schlafen kann
Der nPZ2100 von Nanopower überwacht Sensoren und Peripherie, während der Hauptprozessor abgeschaltet bleibt. Das spart viel Energie.
Nanopower Semiconductor hat den nPZ2100 vorgestellt, das jüngste Mitglied seiner nPZero-Plattform für energiesparende ICs (PSIC). Der nPZ2100 basiert auf der nPZero-Architektur und ist als extrem stromsparender Begleit-IC für batteriebetriebene Sensorsysteme konzipiert. Er kann Sensoren und Peripheriebausteine selbstständig steuern, während der Haupt-Mikrocontroller abgeschaltet bleibt. Dieser wird erst dann aktiviert, wenn seine Rechenleistung tatsächlich benötigt wird.
Mit einer typischen Stromaufnahme von nur 200 nA bei 3,0 V im Ruhezustand und 1 µA beim Abfragen der Sensoren kann der nPZ2100 bis zu sechs voneinander unabhängige Peripheriebausteine über I²C oder SPI selbstständig steuern. Der IC verfügt über vier integrierte Lastschalter, die jeweils bis zu 1 mA für die Peripherie bereitstellen, sowie über einen separaten 10-mA-Lastschalter für die Stromversorgung des Hauptprozessors. Der Betriebstemperaturbereich reicht von −40 bis +85 °C.
Hauptprozessor solange wie möglich ausgeschaltet
Da immer mehr Rechenleistung und KI-Funktionen ins Edge verlagert werden, gewinnt das Energiemanagement genauso an Bedeutung wie die Rechenleistung selbst. Leistungsfähige MCUs, Funk-SoCs und KI-Beschleuniger können vergleichsweise viel Energie aufnehmen, doch in vielen Anwendungen wird diese Rechenkapazität nur zeitweise benötigt.
Der nPZ2100 übernimmt deshalb stromsparende Überwachungs- und Steuerungsaufgaben rund um diese Bausteine. Er überwacht Sensoren, analoge Signale, Zeitabläufe und Systemereignisse und aktiviert den Hauptprozessor nur bei Bedarf und aktiviert den Host nur bei Bedarf.
Für diese Aufgaben verfügt der Baustein über einen 256 Byte großen SRAM, einen dreikanaligen 8-Bit-Analog-Digital-Wandler, einen globalen 32-Bit-Zeitzähler mit Alarmfunktion, einen Watchdog sowie einen universell einsetzbaren Ereigniszähler. Hinzu kommen Funktionen für Systeme, die ihre Energie beispielsweise aus Energy Harvesting beziehen.
Damit lassen sich Anwendungen nach einem einfachen Ablauf aufbauen: Daten erfassen, über ihre Relevanz entscheiden, bei Bedarf den Hauptprozessor aktivieren und anschließend die Daten verarbeiten. Der Hauptprozessor muss somit nicht dauerhaft eingeschaltet bleiben.
Der nPZ2100 kann außerdem angeschlossene Peripheriegeräte vollständig abschalten, wenn sie nicht benötigt werden, so dass auch dadurch die Leistungsaufnahme gesenkt wird. Indem der Baustein die Sensorkommunikation und die Systemüberwachung übernimmt, während der Host ausgeschaltet ist, kann der nPZ2100 die aktive Laufzeit des Hosts und den Gesamtenergieverbrauch des Systems erheblich senken.
Der Baustein soll dazu beitragen, die Batterielaufzeit zu verlängern, den Wartungsaufwand zu verringern und kleinere Energiequellen zu ermöglichen. Darüber hinaus soll er neue Einsatzmöglichkeiten für Energy-Harvesting-Systeme und intelligente Edge-Geräte eröffnen. Seine an das verfügbare Energieangebot angepasste Arbeitsweise kann die Häufigkeit von Sensorabfragen und Aufwachvorgängen des Mikrocontrollers reduzieren.
Nanopower verweist in diesem Zusammenhang auch auf die EU-Batterieverordnung. Deren Anforderungen an die Entnehmbarkeit und Austauschbarkeit von Gerätebatterien gelten ab dem 18. Februar 2027. Der nPZ2100 könne dazu beitragen, die Betriebsdauer zwischen zwei Batteriewechseln zu verlängern und so die Häufigkeit des Austauschs zu reduzieren.
»Die Batterielaufzeit ist eine Frage des Gesamtsystems«, erklärt Svein-Egil Nielsen, CEO von Nanopower Semiconductor. »Selbst ein Prozessor mit einer sehr niedrigen Stromaufnahme im Ruhemodus kann erhebliche Energie verbrauchen. Hinzu kommt, dass er möglicherweise Tausende Male am Tag aufgeweckt wird, um nach Ereignissen zu suchen, die letztlich nicht relevant sind. Unser Ziel mit nPZero ist daher einfach: Der Prozessor bleibt abgeschaltet, bis tatsächlich etwas verarbeitet werden muss.«
Verfügbarkeit
Das Datenblatt zum nPZ2100, das Produktinformationsdokument (PID) sowie zugehörige Ressourcen für die frühe Entwicklungsphase sind über das Entwicklungsportal von Nanopower verfügbar. Entwicklungskits, technische Muster und sogenannte nPZero 2100 Development Stamps sollen ab September 2026 erhältlich sein. Kunden und Partner können die Technik damit bereits vor der vollständigen Markteinführung erproben und erste Anwendungen entwickeln. Die Serienfreigabe und der Beginn der Volumenfertigung sind für das zweite Quartal 2027 geplant.