Warning: Undefined array key "bio" in /home/techwatch/domains/test.bits-chips.nl/public_html/wp-content/plugins/wpcodebox2/src/Runner/QueryRunner.php(126) : eval()'d code on line 13
Author:
Reading time: 5 minutes
Anagear heeft een powermanagementchip ontwikkeld die de stroomtoevoer naar de microcontroller en de radio in een draadloze sensornode nauwkeurig regelt en de totale energieconsumptie daarmee drastisch reduceert.
Na er ruim twee jaar onder de radar aan te hebben gewerkt, trad fabless halfgeleiderbedrijf Anagear uit Rosmalen onlangs voor het voetlicht met zijn eerste product. De ANG1010 is een powermanagementchip voor toepassingen die zeer weinig energie verbruiken. De start-up richt zich met name op draadloze sensornetwerken die bijvoorbeeld in huis worden gebruikt voor beveiliging, lichtregeling of rookdetectie. Door de stroomtoevoer naar de sleutelcomponenten nauwkeurig te regelen, weet het IC de totale energieconsumptie van het systeem drastisch terug te brengen. In stand-by scheelt het meer dan een factor zes.
Een draadloze sensornode bestaat typisch uit een microcontroller die de regie voert en de meetgegevens uitleest, en een radiochip om die data te versturen. Traditioneel zijn beide via powerelektronica zoals DC-DC-converters en low-dropout-regelaars (LDO‘s) verbonden met een centrale energievoorziening. Dit kan een gewone batterij zijn of een energy harvester, waarbij een separaat managementsysteem de energie buffert in een oplaadbare batterij of supercapaciteit. Zowel de MCU als de radio heeft bovendien een eigen kwartskristal voor de interne klok.
Anagear pakt een heleboel van deze functionaliteit samen in één chip. Aan de ene kant heeft het Rosmalense IC ingangen voor een coin cell en een zonnepaneeltje, dat via een boostconverter met power point tracking is verbonden met een externe oplaadbare batterij of supercap. Aan de andere kant biedt het twee afzonderlijk regelbare spanningsdomeinen waarop de microcontroller en de radio zijn aan te sluiten. Verder heeft de chip onder meer een 12 bit ADC aan boord om een externe sensor te monitoren, alsook EEProm- en Ram-geheugen, een eigen on-chip klokpulsgenerator en een kwartskristaloscillator.
Het dubbele
’Microcontrollers en radiochips worden steeds kleiner. Hoe kleiner de geometrie, hoe groter echter de lekstroom en hoe groter dus het stroomverbruik. De meest recente MCU van TI, de MSP430 alias ’Wolverine‘, zit bijvoorbeeld op 700 tot 800 nA in stand-bymodus, de allernieuwste radio zelfs op 2,5 tot 3 µA‘, vertelt Guus Dhaeze, vicepresident marketing en sales bij Anagear. ’In onze oplossing is onze chip de enige die in de slaapstand energie consumeert. En doordat we niet de meest geavanceerde procestechnologie gebruiken maar standaard CMos voor analoge componenten, trekt de ANG1010 slechts 600 nA in stand-by. We leveren daarnaast een speciale variant die met een interne klokfrequentie van 4 kHz in ruste slechts 250 nA nodig heeft.‘
Ook in actieve modus is de Anagear-oplossing zuiniger dan een traditionele draadloze sensornode, stelt Dhaeze. ’Veel microcontrollers werken met een spanningsbereik, bijvoorbeeld van 1,8 tot 3,6 V. Hoe hoger het voltage, hoe hoger echter ook het energieverbruik. Wij hebben een heel efficiënte programmeerbare DC-DC-converter aan boord die de microcontroller steeds precies die voedingsspanning aanbiedt die hij minimaal nodig heeft. Een programmeerbare LDO doet hetzelfde voor de radio. Deze voltage scaling-techniek houdt het stroomverbruik zo laag mogelijk als de chips actief zijn.‘
Daarbij bespaart de Rosmalense oplossing energie door de MCU alleen te wekken als er iets aan de hand is. ’De ingebouwde ADC houdt autonoom alle kritische parameters in de gaten, zoals de temperatuur en de verschillende voltages‘, verklaart Dhaeze. ’Bovendien is er een externe analoge sensor op aan te sluiten waarvan hij de meetwaarde kan vergelijken met programmeerbare onder- en bovengrenzen. Zolang die daartussen blijft, houdt hij de microcontroller in slaap. In plaats van zelf voortdurend de sensor te monitoren, wordt de MCU alleen wakker als de ANG1010 alarm slaat.‘
Door het lagere energieverbruik gaat de batterij langer mee of volstaat een kleiner exemplaar. Meestentijds zal het Anagear-systeem echter draaien op een zonnepaneeltje ter grootte van een paar vierkante centimeter. ’Daar hebben we doorgaans genoeg aan‘, zegt Dhaeze. ’We mikken weliswaar op indoor toepassingen, waar we het moeten doen met zo‘n honderd tot tweehonderd lux aan omgevingslicht, maar de 20 tot 200 µA die het paneeltje daaruit peurt, is ruim voldoende voor onze behoefte. Mocht er minder of zelfs helemaal geen licht zijn, bijvoorbeeld gedurende langere tijd in een donkere omgeving, dan putten we eerst uit de energiebuffer en als die leeg is, spreken we de batterij aan. Zo blijft het systeem te allen tijde beschikbaar.‘
Anagears powermanagementchip drukt de kosten verder door een aantal componenten overbodig te maken. ’Doordat de ANG1010 een boostconverter en batterij- en vermogenbeheer ingebouwd heeft, hoef je geen aparte energieoogster toe te voegen. Ook heb je geen losse DC-DC en LDO meer nodig. De microcontroller en de radio hoeven bovendien geen eigen kristallen te hebben omdat ze van ons een kloksignaal krijgen. Dit alles geeft een aanzienlijk lagere bill-of-materials: waar de ANG1010 zo‘n tweeënhalve dollar kost bij een afname van duizend stuks, ben je anders bijna het dubbele kwijt aan die extra componenten. En je bespaart oppervlakte op je printplaat.‘
Engineeringsample
De oorspronkelijke opzet van de ANG1010 is afkomstig van Peter Kamp. De huidige CEO van Anagear werkte lange tijd als manager analoog design bij het Europese ontwerpcentrum van Sierra Semiconductor in ‘s-Hertogenbosch. Met een aantal collega‘s zette hij het centrum in 1994 op eigen benen als Sitel-Sierra, dat twee jaar later in handen kwam van National Semiconductor en zich in 2005 weer losmaakte. Kamp bleef echter bij National. In 2007 verkaste hij naar de kersverse Bossche ontwerpclub van H-Stream Wireless, om een jaar later met Anagear aan zijn eigen powermanagement-IC te beginnen.
’We hebben het bedrijf met zijn vieren opgericht‘, vult Dhaeze aan, die zelf ook meer dan dertig jaar ervaring heeft in de halfgeleiderindustrie. ’Met Manjo Nijrolder, de huidige VP engineering, en Dirk Smits, die nu voor ons business development doet in Amerika, heeft Peter nog gewerkt bij National Semiconductor, ik ben een oud-collega uit de Sierra-tijd. De bv stamt uit 2009, maar in mei 2010 zijn we echt van start gegaan met financiële ondersteuning van het Point-One Innovation Fund en Technostars. Inmiddels hebben we ook de Bom als investeerder en zijn we gegroeid naar acht man, van wie vijf design-engineers.‘
De eerste chip rolde afgelopen december van de band bij productiepartner X-Fab in Maleisië. ’We leveren het IC nu als engineeringsample uit aan potentiële klanten. Ik kan geen namen noemen, maar we zijn in gesprek met een paar grote partijen in de gebouwautomatisering. Daarnaast zijn we de chip intern aan het karakteriseren, waarbij we kijken of hij in alle hoeken van de voedingsspanning en over het hele operationele temperatuurgebied functioneert binnen de specs. Begin mei verwachten we klaar te zijn voor volumeproductie.‘
