Renesas Electronics Corporation a dévoilé un contrôleur innovant à
récupération d’énergie capable d’éliminer le besoin d’utiliser des batteries ou
de les remplacer dans les appareils pour l’IoT (Internet des Objets).
Développé
sur la base de la technologie révolutionnaire SOTB™(silicon-on-thin-buried-oxide) de Renesas, le nouveau contrôleur intégré permet
une réduction extrême des consommations de courant actif et de veille, une
combinaison inédite par rapport aux microcontrôleurs conventionnels (MCUs). Ces
niveaux de courant extrêmement faibles du contrôleur intégré et basé sur cette
technologie SOTB permettent aux fabricants de systèmes d’aller plus loin et
d’éliminer complètement le besoin de batteries dans certains de leurs produits
grâce à la récupération des sources d’énergie ambiante telles que la lumière,
les vibrations et les flux. L’utilisation de la très faible consommation associée
à la récupération d’énergie crée un nouveau marché de dispositifs de mesures
sans maintenance connectés à l’Internet des Objets avec l’intelligence locale
nécessaire en tant qu’objet pour des applications dans les infrastructures
industrielles, commerciales, résidentielles, agricoles, publiques, de santé, ainsi
que dans les domaines de la santé et du fitness, chaussures, vêtements, montres
intelligentes et drones. Renesas a déjà commencé à fournir le nouveau
contrôleur intégré à des clients bêta.

Le premier produit commercial de Renesas utilisant la technologie SOTB, le
contrôleur intégré R7F0E, est un contrôleur intégré basé sur cœur Arm®
Cortex® à 32 bits capable de fonctionner à 64 MHz pour le traitement local rapide
des données de capteur et l’exécution de fonctions d’analyse et de contrôle
complexes. Consommant un courant actif de seulement 20 ?A / MHz et un courant en
veille profonde de seulement 150 nA, environ un dixième de celui des
microcontrôleurs conventionnels à faible consommation, ces caractéristiques de
pointe font du R7F0E un appareil parfaitement adapté aux applications à très
faible consommation et captage d’énergie.

Le R7F0E élimine les nombreux problèmes auxquels sont confrontés les concepteurs
de systèmes qui souhaitent concevoir des produits optimisés et rentables dotés de
capacités de récupération d’énergie efficaces. Il existe une fonction unique et
configurable du contrôleur de récupération d’énergie (EHC – Energie Harvest
Controller) qui augmente la robustesse et minimise les coûts liés aux composants
externes. L’EHC permet une connexion directe à de nombreux types différents de
sources d’énergie ambiantes, telles que l’énergie solaire, la vibration ou
piézoélectrique, tout en protégeant contre les courants d’appel nocifs au
démarrage. L’EHC gère également la charge de périphériques de stockage
d’énergie externes tels que des supercondensateurs ou des batteries optionnelles
rechargeables. Le R7F0E prend en compte de nombreux autres aspects du système pour
une consommation d’énergie extrêmement faible. Trois exemples de ce type incluent
la capacité : (1) de détecter et de capturer des signaux analogiques externes à
tout moment, car le convertisseur analogique-numérique 14 bits (ADC) ne consomme
que 3 uA, (2) de conserver jusqu’à 256 Ko de Contenu de données SRAM en ne
consommant seulement 1 nA pour chaque Ko de SRAM, et (3) pour permettre la
conversion de données graphiques, notamment la rotation, le défilement et la
colorisation, en incorporant des techniques matérielles sophistiquées à faible
consommation permettant de piloter un affichage externe à l’aide de la technologie
LCD « Memory-In-Pixel » 1 qui ne consomme pratiquement pas d’énergie pour
conserver une image. Ces quelques exemples représentent l’attention portée aux
détails que les concepteurs du produit R7F0E avaient à l’esprit pour répondre
aux besoins des ingénieurs qui doivent prendre en compte les exigences de
l’ensemble du système pour les conceptions visant la très basse consommation.

Principales fonctionnalités du contrôleur intégré R7F0E
– CPU : Coeur Arm Cortex-M0+
– Fréquence de fonctionnement : jusqu’à 32 MHz, et jusqu’à 64 MHz en mode
boost
– Mémoire : jusqu’à 1,5 Mo de mémoire flash, 256 Ko de mémoire SRAM
– Consommation en courant de fonctionnement sous 3,0 V :
• Actif : 20 µA / MHz
• Deep Standby : 150 nA avec source d’horloge temps réel (RTC) et gestionnaire
de réinitialisation (reset manager)
• Software Standby : 400 nA avec rétention de la logique de base et données
SRAM de 32 ko, source d’horloge en temps réel, gestionnaire de réinitialisation
• La rétention de données en SRAM consomme 1nA par ko, jusqu’à 256Ko
possible
– Contrôleur de récupération d’énergie (EHC) : interface permettant une
connexion directe et robuste à des dispositifs de production d’énergie et à la
gestion de la charge des dispositifs de stockage d’énergie
– Convertisseur analogique-numérique (ADC) : résolution de 14-bit,
fréquence de fonctionnement de 32 KHz, consommation 3uA
– Graphiques : conversion de données graphiques 2D et interface
d’affichage de type MIP
– Sécurité et cryptage : véritable générateur de nombres aléatoires
(TRNG), identifiant unique pour chaque composant R7F0E, accélérateur pour
chiffrement de type AES.

Avec le nouveau contrôleur intégré R7F0E, Renesas étendra la gamme de solutions
de récupération d’énergie avec des fonctionnalités et fonctions variées pour
répondre à de nombreuses applications à très faible consommation. Renesas s’est
engagé à promouvoir l’intelligence des objets et terminaux avec sa technologie de
récupération d’énergie afin de créer une société intelligente et respectueuse
de l’environnement dans laquelle des niveaux de performances et de fonctionnalités
encore plus élevés peuvent être créés sans problèmes d’alimentation ou de
remplacement de batterie.

Au sujet de la technologie de traitement SOTB de Renesas

Le procédé technologique unique SOTB mis au point par Renesas permet une
réduction extrême du courant actif et du courant en veille, ce qui représente
généralement un compromis et n’est pas possible dans les procédés
technologiques conventionnels de microcontrôleurs. Sur le substrat de silicium, un
film d’oxyde (BOX : Buried Oxide) est enfouis sous une couche mince de silicium sur
le substrat de la tranche (wafer). Aucune impureté n’est dopée dans la couche
mince de silicium, ce qui permet de maintenir un fonctionnement stable à basse
tension. Les appareils peuvent donc offrir des performances de calcul élevées avec
une excellente efficacité énergétique. Dans le même temps, le potentiel du
substrat de silicium situé au-dessous de la couche BOX est contrôlé par un
circuit de polarisation en arrière-plan afin de réduire les courants de fuite et
de réduire davantage la consommation d’énergie en mode veille.

Remarque 1 : Les écrans LCD de type MIP (memory-in-pixel) ne nécessitent pas
d’alimentation pour conserver une image affichée pendant la veille, ce qui les rend
très bien adaptés aux applications à très faible consommation.

Disponibilité

Des échantillons du nouveau contrôleur embarqué R7F0E sont disponibles dès
maintenant pour les clients bêta et devraient être disponibles pour les clients
grand public à partir de juillet 2019. La production en série devrait démarrer à
partir d’octobre 2019.