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친환경이 사물인터넷을 만났을 때

가능한 모든 곳에서 전력 소모를 낮추려고 하자, 서로 관련없어 보이는 두 가지 트렌드가 한 곳에서 만났다. 바로 사물인터넷(IoT)과 친환경 전력 운동이다. 물론, 낮은 전력 소모는 임베디드 시스템 설계자들에게 더 이상 새로운 것이 아니다. 하지만 이 두 가지 트렌드는 설계자들이 자체적으로 전력을 더 적게 소모할 뿐 아니라, 다른 시스템의 전력 소모까지도 낮출 수 있는 시스템을 설계해야 한다는 부담감을 준다. 그래야 전체적인 전력 소모를 낮출 수 있기 때문이다.

임베디드 시스템 설계자들의 이러한 작업 부담을 덜어주기 위해 TI의 MSP430FR2311 MCU 같은 새로운 마이크로컨트롤러(MCU) 제품들이 저전력 전원 모니터링 시스템에 필요한 모든 빌딩 블록을 통합하고 있다. 다수의 표준 연산 증폭기와 MCU에서는 흔히 볼 수 없는 매우 민감한 저전류 트랜스임피던스 증폭기(TIA)로 이루어진 다재다능한 아날로그 프론트 엔드에, 아날로그-디지털 컨버터(ADC), 고도로 구성 가능한 FRAM(ferroelectric random access memory) 및 오실레이터까지 통합함으로써 다양한 방식의 전력 모니터링 애플리케이션에 사용할 수 있는 유연한 플랫폼을 제공한다.

전력 모니터링이 필요한 소형 임베디드 기기는 IoT 분야에서 쉽게 볼 수 있다. 예를 들어, 방 안의 전등, 사무실이나 넓은 공장 건물의 조명을 제어하기 위한 무선 스위치가 있다. 이러한 스위치 중 일부는 배터리로 작동되기 때문에 자체적으로 전력을 적게 소모해야 한다. 또한 이러한 스위치는 전등을 켜고 끌 수 있어야 할 뿐만 아니라, 전등이 소모하는 전력을 추적해서 전력을 낮추거나, 조명이 일정한 전력 예산 이내에서 머물게 하거나, 모션 센서와 함께 사용해 공간에 사람이 없을 때는 조명을 끌 수 있어야 한다. 적용 가능한 사례는 이 외에도 무수히 많다.

 

고도로 통합된 MCU는 더 적은 전력을 소모하면서 더 적은 공간을 차지하므로 훨씬 쉽게 작은 전등 스위치 안에 내장할 수 있으며, 설계 시 디스크리트 디바이스가 필요하지 않아 BOM(bill of materials) 비용을 낮출 수 있다. 또한 이 MCU는 온칩 연산 증폭기, ADC, 디지털 프로세서와 함께 아날로그 전류를 모니터링하고, 이것을 디지털 신호로 변환하며, 이 모든 것을 단일 디바이스 내에서 처리할 수 있다. 또한 크리스털(수정진동자)을 통합해 MCU의 대기 전력 소모를 최저 170마이크로암페어로 낮추며 10마이크로초 이내에 빠르게 웨이크업(wake-up) 할 수 있다. 그리고 또 통상적으로 RAM과 플래시를 결합하는 것과 달리 한 블록의 FRAM을 제공해 설계자가 얼마만큼의 저장 공간을 코드에 할당하고 얼마만큼을 데이터 로깅에 할당할지를 유연하게 결정할 수 있다. 이것을 MCU의 리소스에 따라 해야 하는 것이 아니라 설계자가 결정할 수 있는 것이다.

대표적인 친환경을 위한 움직임으로 미국 정부의 Energy Star(에너지 스타) 같은 전력 소모 규격을 들 수 있다. 이 규격은 모든 종류의 가전기기 및 잉크젯, 레이저 프린터 등의 사무용 기기에 적용되고 있다. 고도로 통합된 전력 모니터링 MCU를 프린터 같은 시스템에서 전원 서브시스템에 대한 하우스키핑 프로세서로 사용함으로써 우수한 전력 소모 등급을 달성할 수 있다. 저전력 MCU는 그 자체가 많은 전력을 소모하지 않으면서 프린터로 흐르는 전류를 모니터링할 수 있다. 프린터가 사용되지 않을 때는 이 전원 모니터링 MCU가 시스템의 메인 마이크로프로세서로 알려주고, 그러면 메인 마이크로프로세서는 불필요한 시스템 부분을 셧다운하거나 또는 시스템을 전체적으로 셧다운함으로써 전력 소모를 줄일 수 있다.

MSP430FR2311 MCU 같은 새로운 MCU는 다양한 시장 분야에 적합한 성능과 특성을 제공하고 시장의 흐름에 따른 요구를 충족하므로 앞으로 등장하는 다양한 애플리케이션들에 사용하기에 적합하다.

MSP430FR2311 MCU 관련 블로그 포스트:

 

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