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초저전력 MCU는 IoT에 연결되는 IP 지원기기의 핵심 구성요소이다. 전문가들은 IoT가 2020년까지 무선 네트워크 상에서 자동 감지, 모니터링, 프로세싱, 컨트롤링, 커뮤니케이션을 하는 5000억개의 지능화 기기를 구성할 것으로 보고 있다. 수많은 인공지능적 최종 노드(end node)는 배터리로 구동되거나 에너지원으로 하베스트(harvested) 될 것이기 때문에, 이러한 최종 노드는 시스템 레벨의 전력 소모를 최적화할 수 있는 SiM3L1xx 디바이스처럼 에너지 효율이 매우 높은MCU를 요구한다.

SiM3L1xx 제품군은 업계에서 가장 효율성이 높은 32비트 MCU 제품으로, 최대 50 MHz까지 구동하는 ARM Cortex-M3프로세서를 기반으로 하여 획기적인 초절전 구동을 달성할 수 있도록 설계되었다. 이번에 선보인 Precision32 혼합신호 MCU는 절전형 패리패럴과 혁신적인 아키텍처의 적용으로 전류소모를 많은 8 비트 MCU 보다도 낮출 수 있도록 개발되어 개발자가 배터리 수명을 단축하지 않고도 고성능 32비트 코어를 자신들의 저전력 임베디드 설계에 사용할 수 있도록 했다.

활성모드의 전력 절감은 다수의 핵심적인 혁신기술로 달성된다. 예를 들어, 동적 전압 스케일링(dynamic voltage scaling)은 조건의 변화에 따라 내부 디바이스의 전압을 조절한다. 고효율의 고집적 DC-DC 벅 컨버터는 경쟁사32 비트 MCU과 비교해, 40%까지 활성모드 전력을 감소시켜 준다. 데이터 전송 매니저, AES 암호화 블록, 실시간 인코더와 같은 전용 패리패럴은 CPU의 개입 없이, 시스템 전력을 크게 낮추면서도 무선 애플리케이션의 RF 프로토콜 처리를 가속화 시킨다.

발전된 직접 메모리 액세스(DMA)는 프로토콜 관련 전력을 90%까지 낮출 수 있으며 RAM및 레지스터 상태를 유지하여 4마이크로 초의 웨이크-업(wake-up) 시간을 가능하게 해준다. 이 MCU 제품군은 또한 성능에 영향을 미치지 않고 디스플레이의 전력소모를 거의 40%나 줄일 수 있는 충전 재 분배(charge redistribution) 아키텍처가 적용된 특허 LCD컨트롤러를 내장하고 있다.

SiM3L1xx MCU는 최소 전력 소모를 위해 온칩 패리패럴(Charge Pump, RTC, 센서 인터페이스, 수면모드UART, 비교 측정기 및 LCD 컨트롤러)를 최적화 함으로써 수면모드 전력도 큰 폭으로 낮췄다. 차지펌프(Charge Pump)는 수면 모드에서의 기기 회로를 위해 전력 효율적인 입력 전압을 생성함으로써 아날로그 수면 전류를 35%까지 낮추고 디지털 수면 전류를 50%까지 절감시킨다. SiM3L1xx MCU는 클록킹 및 인터럽트를 위한 다중 경보 RTC, 저전력 기기 커뮤니케이션을 위한 수면 모드 UART 및 MCU가 수면 모드에 있는 동안 센서 자극과 측정을 제공하는 통합 센서 인터페이스를 지원한다. 자동 센서 인터페이스는 수면 모드에서도 계속 카운트하며 카운트가 넘은 후 혹은 카운트가 프로그래머블 한계점에 도달할 때 MCU 를 작동 시킬 수 있다.

SiM3L1xx와 개발 지원 도구는 전반적인 시스템 전력 예산을 염두하고 설계되었다. SiM3L1xx MCU는 시스템급 전력을 최소화하기 위해 시스템 내 다른 IC 가 소모하는 전력을 낮추는 첨단 주변 패리패럴 뿐 아니라 특허 전압 변환 기술이 적용된 기능을 갖추고 있다. 예를 들어 고효율 DC-DC컨버터는 전체 시스템의 동작 전류를 낮춘다. 출력 전압을 MCU에 연결된 다른 IC 컴포넌트가 허용하는 가장 낮은 설정으로 구성하여 전반적인 전력 소모를 최소화할 수 있다. 이 기술은 특히 스마트 미터와 같은 배터리 구동식 애플리케이션에서 특히 유용하며, 배터리 수명을 20년까지 연장할 수 있는 혁신적인 기술이 될 수 있다.

파워어웨어 Precision32 개발 도구
실리콘랩스의 무료 이클립스 기반 IDE와 앱 빌더 소프트웨어에는 전력 소모를 예측하고 최저 시스템 전력을 달성할 수 있도록 설정 가이드를 제공하는 업계 최초의 기능이 포함되었다.

• 파워 에뮬레이터(Power Estimator)는 전체 제공 전류와 활성화된 주변기기의 추가 전류를 그래픽으로 볼 수 있도록 해준다. 패리패럴 개개의 전류 값은 어디서 전류가 소모되고 있는지를 명확히 보여주며 파이 차트는 각각의 주변기기의 전력 사용량을 전체 전류에 비교해 퍼센티지로 보여준다. 파워 에뮬레이터는 구성 변경에 따라 자동으로 설계를 업데이트하여 설계자가 각각의 모드에서 최저 전력 소모로 최적화 할 수 있도록 지원한다.
• 파워 팁스(Power Tips)는 개발자가 전류 소모를 최적화 할 수 있도록 돕는 소프트웨어 구성 가이드를 제공한다. 이 기능은 커서가 세팅 구성에 놓여지면 앱 빌더 내에 자동으로 나타난다. MCU를 구성하면서 전력 최적화 팁을 볼 수 있게 되면 개발시간을 상당히 절약할 수 있다.

앱 빌더 소프트웨어는 또한 능률적으로 패리패럴을 선택하고 Precision32 MCU를 위한 핀-아웃 커스터마이제이션과 초기화할 수 있게 함으로써 개발자들의 업무를 용이하게 해준다.

실리콘랩스의 마이크로컨트롤러 제품군의 부사장 겸 총괄매니저인 마이크 살라스(Mike Salas)는 “저전력 설계는 개발자들이 원하는 저전력 목표치를 맞추기 위해 수많은 다른 애플리케이션 별 최적화를 고려해야 하기 때문에 특히 까다롭다”며 “새롭게 발표한 Precision32 혼합 신호 MCU 제품군은 유례없는 첨단 패리패럴, 혁신적인 아키텍처와 파워어웨어 설계 도구를 제공함으로써 개발자들에게 자신들의 설계가 시스템 레벨에서 최저전력으로 최적화될 수 있는 유연성을 제공하기 때문에 업계에서 매우 독창적”이라고 말했다.

ARM의 임베디드 프로세서 담당 리차드 요크(Richard York) 이사는 “기술 모멘텀은 ‘Internet of Things’를 구성하면서 전력소모에 민감한 광범위한 연결 장치들을 구현할 수 있는 환경에서 형성되고 있다”면서 “실리콘 랩스는 ARM Cortex-M3 기반의 획기적인 에너지 효율의 마이크로콘트롤러를 제공함으로써 중요한 산업 동향을 선도하고 있다. 우리는 이 시장에서 실리콘 랩스의 Precision32 SiM3L1xx MCU 제품군과 같은 진보된 MCU가 Internet of Things 시장을 개발하는데 상당한 기여를 할 것이라 기대한다”고 말했다.

가격 및 공급
실리콘랩스의 SiM3L1xx MCU는 32~256 kB의 플래시메모리를 탑재한 5.5 mm x 5.5 mm 크기의 QFN TQFP 패키지로 현재 양산 공급되고 있다. SiM3L1xx MCU 제품의 가격은 1만 개를 단위로 미화 2.55 달러부터 시작한다. 포괄적인 통합 개발 키트는 SiM3L1XX-B-DK(LCD제외)와 SiM3L1XXLCD-B-DK LCD 키트는 각각 미화99달러(제조사 권장소매가)에 제공된다.

SiM3L1xx MCU 제품 및 샘플, 개발 툴에 대한 보다 자세한 정보는 www.silabs.com/pr/32bit-mcu에서 확인할 수 있다. 개발하고자 하는 임베디드 디자인에 적합한 Precision32 MCU 솔루션은 실리콘랩스의 무료 앱인 파라매트릭 서치 아이패드 앱(Parametric Search iPad app)를 다운 받아 찾으면 된다.