IoTデバイスの動作時間を左右する「出荷モード」と「ディープスリープモード」：IoT基礎解説（2/3 ページ）

本稿はIoTデバイスの電力効率を高めるパワーマネジメントのうち、消費電流がnAレベルとなる“ナノパワー”の「出荷モード」と「ディープスリープモード」の重要性について解説する。また、個別部品から成るディスクリートソリューションと機能を集積したICを用いる集積化ソリューションの比較も行う。

[Suryash Rai（アナログ・デバイセズ），MONOist]

ディスクリートソリューションと集積化ICソリューション

　IoTデバイスの消費電流を最も小さく抑えているのは、出荷モードとディープスリープモードです。これまで、出荷モードとディープスリープモードのオン／オフには、負荷スイッチとRTCが用いられてきました。この手法では、負荷スイッチとRTCのみがアクティブであり、総自己消費電流はnAレベルに低減されます。プッシュボタンコントローラーを負荷スイッチに接続しておけば、出荷モード機能を有効にすることができます（図2）。

図2　ディスクリートソリューションの回路ブロック図［クリックで拡大］

　先述した通り、外部プッシュボタンを押せば出荷モードは終了し、ワイヤレスセンサーノードは通常動作を開始します。また、ディープスリープモードのスリープ時間は、ワイヤレスセンサーノード内のマイクロコントローラーによってプログラムできます。

　出荷モードとディープスリープモードは、個別部品から成るディスクリートソリューションでも実現できますが、機能を集積した専用のICも存在します。例えば、アナログ・デバイセズのナノパワーコントローラー「MAX16163／MAX16164」は、オン／オフコントローラーとプログラマブルスリープ機能を備えるとともに、出力をゲートするためのパワースイッチも内蔵されており、最大200mAの負荷電流を供給します（図3）。

図3　「MAX16163／MAX16164」を使用した集積化ソリューション［クリックで拡大］

ディスクリートソリューションの構成

　ディスクリートソリューションと集積ICを用いたソリューションでは、出荷モードとディープスリープモードの消費電流も大きく変わってきます。そこで、アナログ・デバイセズ製ICを用いて、ディスクリートソリューションと集積ICソリューションの消費電流を比較してみました。

　まず、集積ICソリューションは先ほど紹介したMAX16163を使用します。ディスクリートソリューションについては、RTCに自己消費電流が業界最小クラスの「MAX31342」を、プッシュボタンコントローラーは「MAX16150」を、負荷スイッチは「TPS22916」を採用しました。RTCはI²C通信を介してプログラムされており、IoTデバイスのスリープ時間に設定されています。タイマーが切れると、割り込み信号がMAX16150のPBINピンをプルダウンします。このデバイスはOUTをハイに設定して負荷スイッチをオンにします。ディープスリープモードでは、MAX31342、MAX16150、TPS22916のみが電力を消費します（表1、図4）。

機能ブロック	部品名	スリープ・モード電流（nA、typ）	シャットダウン電流（nA、typ）
RTC	MAX31342	150	6
負荷スイッチ	TPS22916	10	10
プッシュボタンコントローラー	MAX16150	10	10
総システム電流		170	26
表1　ディスクリートソリューションのブロック別の消費電流

図4　ディスクリートソリューションの回路図［クリックで拡大］