低消費電力設計の手法と事例について

近年、IoTデバイスやウェアラブルデバイスなど、バッテリーで動作する組み込み機器の需要が拡大しています。これらの機器では、バッテリー寿命を長くするために低消費電力設計が非常に重要になります。ここでは、主に組み込み機器向けマイコンファームウェアの視点で低消費電力設計のポイントについて紹介します。

低消費電力設計とは、組み込み機器の消費電力を最小限に抑えるための設計手法です。ハードウェアとソフトウェアの両面からアプローチし、システム全体の消費電力を最適化します。低消費電力設計は以下の点で重要です。

以下に具体的な手法をいくつか紹介します。

例えば、ARM Cortex-Mシリーズや、各社から提供されている低消費電力マイコンなどを検討します。

アイドルモード、スリープモード、ストップモードなどを適切に切り替えて必要な時だけアクティブな状態にすることで消費電力を抑制します。

UART、SPI、I2Cなどのペリフェラルは、使用しない時にはクロックを停止することで消費電力を抑えることができます。

割り込み処理の回数を減らし、処理時間を短縮します。割り込み処理はマイコンをアクティブな状態にするため、消費電力の増加要因になります。

データ転送量を減らし、転送速度を最適化します。DMA（Direct Memory Access）を活用することで、CPUの負荷を軽減し消費電力を抑えることができます。

電源管理ICを活用し、効率的な電源制御を行います。DC-DCコンバータやLDOレギュレータなどを適切に選択し、電圧変換効率を向上させることで消費電力を抑えることができます。

ソフトウェアの処理アルゴリズムを最適化します。例えば、複雑な計算を簡略化したり、不要な処理を削除したりすることでCPUの負荷を軽減し消費電力を抑えることができます。

スリープモードからの復帰に使用するウェイクアップソースを適切に選定します。消費電力の少ないウェイクアップソースを選択することで、スリープモードからの復帰時の消費電力を抑えることができます。

４．低消費電力設計の実例

５．まとめ

組み込み機器向けマイコンファームウェアにおける低消費電力設計は、バッテリー寿命の延長、機器の小型化・軽量化、環境負荷の低減、発熱の抑制、動作時間（使用時間）の延長に貢献します。