公共料金メータでは電源部分の開発に難しいポイントがあります。 公共料金メータ、特にスマートメータは、メータが24時間安定して作動し、エネルギー消費を最小限に抑えるために、効率的に作動しなければなりません。 クラウドを介したデータ伝送の増加に伴い、セキュリティの重要性がますます高まっています。 RA4C1 マイクロコントローラは、お客様のアプリケーションにバッテリバックアップ動作を提供できるように設計されており、主電源が故障した場合でも重要な動作が可能になります。
低消費電力を確保するため、低消費電力タイマ、低消費電力UART、セグメントLCDコントローラなど、多くの低消費電力周辺機能が80MHz RA4C1マイクロコントローラ（MCU）に搭載されています。 サイバーセキュリティの脅威を低減するため、オンチップセキュリティエンジンがRA4C1 MCUに組み込まれています。このセキュリティエンジンは、CPUからのアクセス監視、鍵管理とAES、ECC、SHAなどの暗号化アルゴリズムのハードウェアアクセラレーションを実現しています。 詳細は、以下のRA4C1ブロック図をご参照ください。
メータは電力状態の変化に応じた継続動作が可能である必要があります。 RA4C1は、短時間の停電時にもメータの動作を継続できるように、消費電力を1.73 µAと低く抑え、16KバイトのSRAMを維持し、ソフトウェアスタンバイモードで動作しているときのリアルタイムクロック（RTC）の消費電力を0.38 µAと低く抑えています。 この低消費電力機能を用いて、ユーザはバッテリバックアップを備えたシステムを設計し、どのような状況下でもメータの動作を継続させることができます。
RA4C1が停電時にどのようにバックアップ電力を供給できるかを下図で見てみよう。 RA4C1には、Vcc電源ドメインとRTCドメインの2つの電源ドメインがあり、それぞれ独立に電力を供給す ることができます。
CPU、オンチップメモリ、およびRTCを除くすべてのペリフェラルの電源はVccから供給されます。 RTCはVrtcピンから供給することもできる独立した電源ドメインです。
この電源分離により、RTCはVcc電源が故障した場合でも継続的に動作し、Vrtcに接続された小型のバックアップバッテリを使用して正確な時刻を保つことができます。 RTCは、Vrtcからの低消費モードで動作している間、わずか0.38µAの電流で動作することができます。
RA4C1には、さらに3つの低電圧検出入力があり、ユーザは複数のバッテリを持つバックアップシステムを簡単に管理することができます。
EXLVDおよびEXLVDVBAT電圧検出回路により、ユーザは外部電源と、外部電源が故障した場合にチップ全体の電源として使用できる外部バックアップバッテリの両方をモニタすることができます。
VRTC電圧検出回路は、RTCバックアップバッテリの外部バッテリ電圧をモニタします。
これらの各回路は、電圧が選択した電圧レベルを下回ると割り込みを発生させ、電源が故障していることを検出することができます。
これらのLVD回路は、内部Vccラインをモニタする標準的なLVD回路であるLVD1およびLVD2に加えて、さらなるシステムレベルでの動作継続の保護のために使用することができます。
下図の典型的なユーザ回路は、外部電源、メインシステム・バックアップバッテリ、リアルタイムクロック用セカンダリバックアップバッテリを使用した例を示しています。
実際のシステムでは、メインのバックアップバッテリは大型の二次バッテリまたは充電式バッテリで、システムのフル稼働をしばらく維持することができ、2つ目の小型バッテリ（通常はRTC用の小型一次バッテリ）は、何年かの時計動作を維持することができます。
このシステム例では、EXLVD回路が外部電源の故障を事前に警告するために使用されています。 通常、この電源が故障してからMCUに供給される電圧レベルが低下し始めるまでにはある程度の時間がかかるため、この間にアプリケーションは応答してプロセスを安全にシャットダウンし、重要なデータをデータフラッシュに保存することができます。
その後、システムはバックアップバッテリ電源に切替わって、システム運用をサポートします。通常は、重要なシステムを継続動作させた状態で、電力が回復するのを待ちます。
このバッテリが故障し始めた場合、EXLVDは故障を検出し、システムは安全にシャットダウンすることができます。一方、独立したバックアップによって維持されているRTCは、主電源が回復するまで動作を続け、正しい時刻を維持します。
このアーキテクチャにより、1個または2個のバックアップバッテリを使用しながら、システムを安全に作動させ、正確なクロックで作動を維持することができます。 これらの機能は、公共料金メータやさまざまなセンサアプリケーションなど、多くのアプリケーションに最適です。
RA4C1 MCUの詳細については、www.renesas.com/ra4c1をご覧ください。