新技術(shù)消除了在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中使用或更換電池的需要

瑞薩電子宣布了一項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)無(wú)需在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中使用或更換電池。新的能量收集嵌入式控制器基于瑞薩電子突破性的 SOTB(硅上薄層掩埋氧化物)工藝技術(shù)。它極大地降低了活動(dòng)和待機(jī)電流消耗，這是以前在傳統(tǒng) MCU 中無(wú)法實(shí)現(xiàn)的組合。

據(jù)該公司稱，系統(tǒng)制造商將受益匪淺，因?yàn)樗麄儗⒛軌蚴褂没?SOTB 的嵌入式控制器的低電流水平，通過(guò)收集光、振動(dòng)等環(huán)境能源，在其某些產(chǎn)品中消除對(duì)電池的需求, 和流動(dòng)。

從更廣泛的角度考慮，極低功耗和能量收集的使用很可能為工業(yè)、商業(yè)、住宅、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療保健、和公共基礎(chǔ)設(shè)施，以及健康和健身服裝、鞋子、可穿戴設(shè)備、智能手表和無(wú)人機(jī)。瑞薩正在抓緊時(shí)間：該公司已經(jīng)開始向試用版客戶提供新的嵌入式控制器。

瑞薩電子首款采用 SOTB 技術(shù)的商用產(chǎn)品 R7F0E 嵌入式控制器是一款基于 Arm Cortex 的 32 位嵌入式控制器，能夠以高達(dá) 64 MHz 的頻率運(yùn)行，用于快速本地處理傳感器數(shù)據(jù)以及執(zhí)行復(fù)雜的分析和控制功能。僅消耗 20 μA/MHz 的有效電流和僅 150 nA 的深度待機(jī)電流，約為傳統(tǒng)低功耗 MCU 的十分之一，這些特性使 R7F0E 非常適合極低功耗和能量收集應(yīng)用。

對(duì)于那些對(duì)如何應(yīng)用 R7F0E 感到好奇的人，值得注意的是，它旨在消除系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員面臨的許多挑戰(zhàn)，這些設(shè)計(jì)人員希望構(gòu)建具有高效能量收集功能的高性價(jià)比產(chǎn)品。其獨(dú)特且可配置的能量收集控制器 (EHC) 功能提高了穩(wěn)定性并最大限度地減少了昂貴的外部組件。具體來(lái)說(shuō)，EHC 可以直接連接到多種類型的環(huán)境能源，例如太陽(yáng)能、振動(dòng)或壓電，同時(shí)在啟動(dòng)時(shí)防止有害的浪涌電流。此外，EHC 還管理外部電力存儲(chǔ)設(shè)備的充電，例如超級(jí)電容器或可選的可充電電池。

基于 SOTB 的新技術(shù)已在瑞薩 R7F0E 嵌入式控制器中所采用，該控制器專門用于能量采集應(yīng)用。瑞薩獨(dú)有的 SOTB 工藝技術(shù)可顯著降低工作和待機(jī)狀態(tài)下的功耗。通常，這兩種狀態(tài)下的功耗互為消長(zhǎng)：即一種功耗較低意味著另一種功耗較高。當(dāng)從閃存讀取數(shù)據(jù)時(shí)，新技術(shù)大幅降低功耗。與非 SOTB 2T-MONOS 閃存(約需 50μA/MHz 讀取電流)相比，新技術(shù)實(shí)現(xiàn)的讀取電流僅 6μA/MHz 左右，等效于 0.22 pJ/bit 的讀取能耗，達(dá)到 MCU 嵌入式閃存最低能耗級(jí)別。這項(xiàng)新技術(shù)還有助于在 R7F0E 上實(shí)現(xiàn) 20μA/MHz 的低有效讀取電流，達(dá)到業(yè)界最佳。

采用 SOTB 工藝的 2T-MONOS 嵌入式閃存具備包含電隔離元件的雙晶體管結(jié)構(gòu)。與單晶體管結(jié)構(gòu)不同，在讀取操作期間無(wú)需負(fù)電壓，使讀取數(shù)據(jù)時(shí)的功耗降低。此外，同其它存儲(chǔ)器處理相比，MONOS 在生產(chǎn)過(guò)程中使用更少的掩模，并可使用離散電荷捕獲方案存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，從而能夠在不增加生產(chǎn)成本的情況下帶來(lái)低功耗和高重寫可靠性。

R7F0E 解決了許多其他關(guān)于極低功耗的系統(tǒng)注意事項(xiàng)，包括：

1. 由于 14 位 ADC 僅消耗 3 uA 電流，因此可以隨時(shí)檢測(cè)和捕獲外部模擬信號(hào);

2. 保留高達(dá) 256 KB 的 SRAM 數(shù)據(jù)內(nèi)容，同時(shí)每 KB SRAM 僅消耗 1 nA;和

3. 通過(guò)結(jié)合復(fù)雜的低功耗硬件技術(shù)來(lái)提供圖形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，包括旋轉(zhuǎn)、滾動(dòng)和著色，以使用幾乎不消耗電力來(lái)保留圖像的 Memory-In-Pixel1 LCD 技術(shù)驅(qū)動(dòng)外部顯示器。

僅這些示例就很好地代表了 R7F0E 設(shè)計(jì)人員對(duì)細(xì)節(jié)的關(guān)注，以滿足工程師的需求，他們必須考慮極低功耗設(shè)計(jì)的整體系統(tǒng)要求。

瑞薩通過(guò)幫助使端點(diǎn)設(shè)備更加智能化，以加速推動(dòng)“智能社會(huì)”的發(fā)展。瑞薩認(rèn)為，通過(guò)無(wú)電池方案，能源收集系統(tǒng)徹底擺脫更換電池的困擾，是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的必要步驟。同時(shí)，瑞薩將持續(xù)致力于幫助實(shí)現(xiàn)環(huán)保型智能社會(huì)的技術(shù)開發(fā)。