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Un microcontrôleur Renesas à cœur Arm Cortex-M0+ ouvre la voie aux objets connectés autonomes en énergie

Publié le 15 novembre 2018 à 12:00 par Pierrick Arlot        Composant  Renesas

Renesas R7F0E

Renesas compte lancer en production de volume à l’automne 2019 un microcontrôleur à cœur Arm Cortex-M0+ qui ouvrira la voie aux objets connectés fonctionnant sans piles et sans batteries et alimentés à partir de la récupération d’énergie ambiante comme la lumière, les vibrations ou les flux d’air ou de liquide.

Premier produit commercial fabriqué selon la technologie de gravure SOTB (Silicon-On-Thin-Buried-oxide) du Japonais, le microcontrôleur R7F0E se caractérise par des consommations électriques en modes actif et veille particulièrement faibles, ce qui, selon Renesas, n’était pas possible simultanément  avec des microcontrôleurs traditionnels. L’association d’une consommation ultrabasse et de la récupération d’énergie ambiante pourrait donner le coup d’envoi à un marché de volume pour les capteurs IoT intelligents ne nécessitant aucune maintenance dans des domaines comme l’industriel, le résidentiel, l’agriculture, la santé, les infrastructures publiques, les dispositifs électroniques portés sur soi et les drones.

Le microcontrôleur R7F0E, qui a déjà été échantillonné auprès d’utilisateurs bêta, s’articule autour d’un cœur Cortex-M0+ cadencé à 32 MHz (64 MHz en mode boost) et affiche une consommation de 20 µA/MHz à l’état actif et seulement 150 nA en mode sommeil profond, soit environ dix fois moins que les microcontrôleurs conventionnels basse consommation, précise Renesas. Il dispose en outre d’une fonction configurable dite EHC (Energy Harvest Controller) qui vise à minimiser les coûts des composants externes pour la récupération d’énergie. A ce titre, explique la société de semi-conducteurs, l'EHC permet une connexion directe à de nombreux types différents de sources d'énergie ambiante, telles que l'énergie solaire, vibratoire ou piézoélectrique, tout en protégeant contre les courants d'appel nocifs au démarrage. La fonction EHC gère également la charge de périphériques de stockage d'énergie externes tels que des supercondensateurs ou des batteries optionnelles rechargeables.

Parmi les caractéristiques proposées par le microcontrôleur R7F0E et son extrême sobriété, on citera encore sa capacité à détecter et capturer des signaux analogiques externes à tout moment (du fait que le convertisseur analogique-numérique 14 bits ne consomme que 3 µA), sa faculté à conserver les données dans la mémoire SRam intégrée de 256 Ko en ne consommant que 1 nA par Ko, et la possibilité de convertir des données graphiques (rotation, défilement, colorisation, etc.) grâce à des techniques matérielles sophistiquées permettant de piloter un affichage externe à l'aide de la technologie LCD Memory-In-Pixel qui ne consomme pratiquement pas d’énergie pour conserver une image.

A noter que le procédé de gravure SOTB est issu d’un partenariat avec la société française Soitec, fournisseur majeur de plaques de silicium sur isolant totalement déplété FD-SOI. Le Japonais a choisi les substrats Soitec, fabriqués aujourd'hui en quantité industrielle, pour leurs couches actives ultrafines et uniformes. (Il s’agirait ici de la plus fine des couches d'oxyde enterrées sous une couche de silicium cristallin jamais produite en volume). Renesas a en outre réussi à réaliser un canal en silicium non dopé, supprimant ainsi la variabilité aux applications fonctionnant sous une tension ultrafaible. Le Japonais a également implémenté un contrôle du potentiel du substrat en silicium sous la couche d’oxyde via un circuit de rétropolarisation afin de réduire les courants de fuite et d'abaisser encore la consommation d'énergie en mode veille.

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