저전력 BLE/ZigBee IoT MCU 용 RF transciever 설계 연구

정지학,김응주 한국지식정보기술학회 2020 한국지식정보기술학회 논문지 Vol.15 No.1

Recently, the demand of BLE/ZigBee IoT MCU is highly increased for low power sensor network realization. In this paper, a low power and low cost BLE/ZigBee RF transceiver is studied with careful review of Bluetooth 5.0 core specification for BLE and IEEE 802.15.4 ZigBee specification. For the receiver side, a low-IF architecture with digital filtering and high ADC dynamic range is used to eliminate the analog filter to achieve both of small size and low power consumption simultaneously. Thanks to the inherent characteristics of a low-IF receiver, the proposed architecture also has the merits of high performance because of no signal loss due to DC offset removal filter and no flicker noise. For the transmitter side, a direct frequency modulation based on two point modulation and gain and phase mismatch calibration is proposed also for low power consumption. Moreover, 5bit binary-weighted inverse class-F power amplifier is proposed because the inverse class-F power amplifier shows greatly improved power efficiency even better than that of the class-F power amplifier. The 5bit binary-weighting is used for maximum transmit output power control as well as transmitter ramping for on-to-off and off-to-on transition. To meet FCC spurious emission regulation, on-chip and off-chip LC filtering and LO duty ratio control to suppress 3rd harmonic and 2nd harmonic, respectively. Finally, this paper presents the power architecture, which can support battery operation and solid power supply operation for best power efficiency and BOM cost optimization.

설계툴을 사용한 저전력 SoC 설계 동향

박남진,주유상,나중찬,Park, Nam Jin,Joo, Yu Sang,Na, Jung-Chan 한국전자통신연구원 2020 전자통신동향분석 Vol.35 No.2

Small portable devices such as mobile phones and laptops currently display a trend of high power consumption owing to their characteristics of high speed and multifunctionality. Low-power SoC design is one of the important factors that must be considered to increase portable time at limited battery capacities. Popular low power SoC design techniques include clock gating, multi-threshold voltage, power gating, and multi-voltage design. With a decreasing semiconductor process technology size, leakage power can surpass dynamic power in total power consumption; therefore, appropriate low-power SoC design techniques must be combined to reduce power consumption to meet the power specifications. This study examines several low-power SoC design trends that reduce semiconductor SoC dynamic and static power using EDA tools. Low-power SoC design technology can be a competitive advantage, especially in the IoT and AI edge environments, where power usage is typically limited.

배터리 소모 공격에 대응하는 저전력 웨이크업 리시버의 적응형 파워 세이빙 메커니즘

김소연,윤성원,이일구,So-Yeon Kim,Seong-Won Yoon,Il-Gu Lee 한국정보보호학회 2024 정보보호학회논문지 Vol.34 No.3

최근 사물인터넷(Internet of Things, IoT)이 인간의 안전, 생명, 자산과 직결되는 산업과 일상생활에 널리 활용되고 있다. 그러나 저가, 경량, 저전력 요건을 충족해야 하는 IoT 장치는 배터리 소모 공격과 간섭 때문에 배터리 라이프타임이 심각하게 단축되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 웨이크업 리시버(Wake-up Receiver, WuR)를 위한 802.11ba 표준이 등장했고, 이 기능은 와이파이 기반 IoT의 에너지 소비를 최소화하는데 중요한 역할을 하고 있다. 그러나 WuR 프로토콜은 지연시간과 오버헤드를 단축하기 위해서 보안 메커니즘을 고려하지 않았다. 따라서 본 연구에서는 배터리 소모 공격에 대응하기 위해서 저전력 웨이크업 리시버를 위한 적응형 파워 세이빙 메커니즘(Adaptive Power Saving Mechanism, APSM)을 제안한다. APSM은 공격이 잦은 환경에서 파워 세이빙 시간을 기하급수적으로 증가시킴으로써 비정상적으로 발생하는 파워 소모량을 최소화할 수 있다. 실험 결과에 따르면, APSM은 전체 트래픽 중 공격 비중이 10% 이상일 때 종래의 파워 세이빙 메커니즘(Legacy Power Saving Mechanism, LPSM)보다 13.77% 이상의 에너지 소비 효율을 개선할 수 있었다. Recently, the Internet of Things (IoT) has been widely used in industries and daily life that directly affect human safety, life, and assets. However, IoT devices, which need to meet low-cost, lightweight, and low-power requirements, face a significant problem of shortened battery lifetime due to battery draining attacks and interference. To solve this problem, the 802.11ba standard for the Wake-up Receiver (WuR) has emerged, this feature is playing a crucial role in minimizing energy consumption. However, the WuR protocol did not consider security mechanisms in order to reduce latency and overhead. Therefore, in this study, anAdaptive Power Saving Mechanism (APSM) is proposed for low-power WuR to counter battery draining attacks. APSM can minimize abnormally occurring power consumption by exponentially increasing power-saving time in environments prone to attacks. According to experimental results, the proposed APSM improved energy consumption efficiency by a minimum of 13.77% compared to the traditional Legacy Power Saving Mechanism (LPSM) when attack traffic ratio is 10% or more of the total traffic.

A Hybrid Self-Powered System Based on Wind Energy Harvesting for Low-Power Sensors on Canyon Bridges

Hao Cao,Xiaoping Wu,Hao Wu,Yajia Pan,Dabing Luo,Ali Azam,Zutao Zhang 한국정밀공학회 2023 International Journal of Precision Engineering and Vol.10 No.1

Canyon cross wind has great potential to be transformed into electricity to power for low-power sensors of the health monitoring devices in bridge field. In this paper, a hybrid wind energy harvesting system (WEHS), integrating piezoelectric and electromagnetic mechanisms, is proposed to supply power for low-power sensors on canyon bridges. Firstly, the S-rotor embedded with a one-way bearing converts wind energy into rotational mechanical energy. Then, the piezoelectric cantilever beam and coils simultaneously convert mechanical energy into electricity under the excitation of the rotational magnet array. For the piezoelectric transducer, the symmetrical poles arrangement of tip magnet reduces the starting wind speed and resistance torque during energy harvesting. In addition, the relationship between different number of excitation magnets and the output of the piezoelectric transducer is explored. Finally, the output electricity is stored in the capacitors to supply power for low power sensors. The experimental results showed that the symmetrical poles arrangement of tip magnet could effectively reduce the starting resistance torque and improve the output power at low wind speeds. Given a wind speed of 6.5 m/s, the maximum output power of the WEHS can reach 19.24 mW with corresponding electrical energy of 75.714 mJ in one sweep period (6 s). The field test results demonstrated that the WEHS could effectively charge for the capacitors and power for a hundred LEDs. Furthermore, the mechanical durability and stability of the WEHS are verified by introducing a self-powered low power sensor system.

사회적 배제와 권력 수준이 많은 노력 제품(vs. 적은 노력 제품)의 선호에 미치는 효과

박세훈,김채영 한국마케팅학회 2020 마케팅연구 Vol.35 No.2

In modern society, social exclusion is a common experience to anyone and power level is formed in any group. This research examines the effects of these factors on the preference for effortful products. First, socially excluded consumers feel uncomfortable tension caused by lack of control, so they try to work hard in their goal pursuit processing, thus restoring their sense of control. On the basis of this mechanism, following hypotheses are proposed. Consumers in the social exclusion(vs. social inclusion) condition will prefer high-effort products(vs. low-effort products)(H1), and this effect will be mediated by the perceived control level(H2). However, consumers in the high-power condition are not affected by the low control level caused by social exclusion because they already have enough sense of control. Therefore, we predict that the social exclusion effect on preference for the high-effort products(vs. low-effort products) will be attenuated by high power(vs. low power) condition(H3). To test our hypotheses, we conducted two experiments. In experiment 1, we used one-factor(social connection) two-level(social inclusion vs. social exclusion) between-subjects design and manipulated effort level by advertising slogan. The results confirmed that socially excluded participants prefer high-effort products(vs. low-effort products) compared with socially included ones, and this effect is mediated by their sense of control. In experiment 2, we used 2(social connection: social inclusion vs. social exclusion) x 2(power level: low power vs. high power) between-subjects design and the results supported our prediction that the social exclusion effect is disappeared in high power condition, while it is maintained in low power condition. Finally, we discuss the theoretical and managerial implications of our findings and provide the limitations and directions for the future research. 사회적 배제는 현대사회에서 누구나 보편적으로 느끼는 감정이며, 권력의 차이는 어느 집단에서나 형성된다. 본 연구에서는 이러한 특성들이 많은 노력(vs. 적은 노력)을 필요로 하는 제품에 대한 선호에 미치는 영향을 조사하 였다. 먼저, 사회적 배제 상태에 있는 소비자들은 낮은 통제감으로 인한 불편함을 경험하고, 이를 해소하기 위해 목표 추구 과정에서 더 큰 노력을 하여서 자신의 통제감을 회복시키고자 한다. 이러한 매커니즘을 기반으로, 다 음과 같은 가설을 설정하였다. 사회적 배제(vs. 사회적 포함) 조건의 소비자들은 목표 달성을 위해 많은 노력 제 품(vs. 적은 노력 제품)을 선호할 것이고(가설1), 이는 지각된 통제감 수준에 의해 매개될 것이다(가설2). 그러 나 높은 권력 상태에 있는 소비자들은 이미 충분한 통제감을 갖고 있기 때문에 사회적 배제로 인한 낮은 통제감 에 영향을 받지 않으리라 예상하였다. 따라서 높은 권력 조건(vs. 낮은 권력 조건)에서는 많은 노력 제품(vs. 적 은 노력 제품)의 선호에 대한 사회적 배제의 효과가 약화 내지는 사라질 것이라는 가설3을 설정하였다. 가설 검증을 위해 두 차례의 실험을 실시했다. 먼저, 실험 1에서는 1요인(사회적 연결) 2수준(사회적 포함 vs. 사회적 배제) 집단 간 요인 설계를 사용했고, 광고문구를 통해 실험 제품의 노력수준을 조작했다. 그 결과, 사회적 배제(vs. 사회적 포함) 조건에서 많은 노력 제품(vs. 적은 노력 제품)에 대한 상대적 선호도가 더 높았 고, 이 효과는 지각된 통제감 수준에 의해 매개되는 것으로 나타났다. 실험 2에서는 2(사회적 연결: 사회적 포함 vs. 사회적 배제) x 2(권력 수준: 낮은 권력 vs. 높은 권력) 집단 간 요인 설계를 활용하여, 많은 노력 제품(vs. 적은 노력 제품)의 선호에 대한 사회적 배제 효과가 낮은 권력 조건에서는 나타나지만 높은 권력 조건에서는 사 라지는 것을 확인하였다. 마지막으로 본 연구를 통해 얻을 수 있는 이론적, 실무적 시사점을 밝히고, 연구가 갖 는 한계점과 미래의 연구 방향을 제시하였다.

MSP430 기반 저전력 뇌 신경자극기 S/W 설계 및 구현

홍상표(Sangpyo Hong),권성호(Cheng-Hao Quan),심현민(Hyun-Min Shim),이상민(Sangmin Lee) 대한전자공학회 2016 전자공학회논문지 Vol.53 No.7

A POWER CONSUMPTION ANALYSIS OF ULTRA-LOW POWER MICROCONTROLLERS

Koji TOMINAGA,Koichiro TANAKA 대한전자공학회 2009 ITC-CSCC :International Technical Conference on Ci Vol.2009 No.7

This paper reports the measurement results of the power consumption provided to an ultra-low-power microcontroller. Recently, mobile devices equipped with wireless communication capabilities have been effectively used by many people. Therefore, there are quite a lot of demands to adapt the capabilities to mobile devices without them. However, mobile devices which are required long battery life might not operate correctly when the module equipped with the capabilities simply connects them because the module consumes a big electric power. Ultralow-power microcontrollers will be able to reduce the power consumption of the system including their communication modules by controlling them. However, it is necessary to decrease the power consumption of the microcontroller to achieve this. Then, we measure the power consumption of MSP430 microcontrollers made by Texas Instruments. In the experiment, the power consumption value in some microcontrollers which only the internal memory size is different is measured. Moreover, the power consumption of the microcontroller in four of low-power modes (LPMs) are investigated. As a result, the microcontrollers with different internal memory size have showed the same power consumption. In addition, the power consumption of it has decreased when the LPM rise. In this paper, these results are shown in detail. In addition, the system that transmits the digital data converted from analog data by wireless communication.

RTL 수준에서의 합성을 이용한 Gated Clock 기반의 Low-Power 기법

서영호,박성호,최현준,김동욱,Seo, Young-Ho,Park, Sung-Ho,Choi, Hyun-Joon,Kim, Dong-Wook 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.3

본 논문에서는 RTL 수준에서의 클록 게이팅을 이용한 실제적인 저전력 설계 기술에 대해서 제안하고자 한다. 상위 수준의 회로 설계자에 의해 시스템의 동작을 분석하여 클록 게이팅을 위한 제어기를 이용하는 것이 가장 효율적인 전력 감소를 가져 온다. 또한 직접적으로 클록 게이팅을 수행하는 것보다는 합성툴이 자연스럽게 게이팅된 클록을 맵핑할 수 있도록 RTL 수준에서 유도하는 것이 바람직하다. RTL 코딩 단계에서부터 저전력이 고려되었다면 처음 코딩단계에서부터 클록을 게이팅 시키고, 만일 고려되지 않았다면 동작을 분석한 후에 대기 동작인 부분에서 클록을 게이팅 한다. 그리고 회로의 동작을 분석한 후에 클록의 게 이팅을 제어하기 위한 제어기를 설계하고 합성 툴에 의해 저전력 회로에 해당하는 netlist를 얻는다. 결과로부터 상위수준의 클록 게이팅에 의해 레지스터의 전력이 922 mW에서 543 mW로 42% 감소한 것을 확인할 수 있다. Power Theater 자체의 synthesizer를 이용하여 netlist로 합성한 후에 전력을 측정했을 경우에는 레지스터의 전력이 322 mW에서 208 mW로 36.5% 감소한 것을 확인할 수 있다. In this paper we proposed a practical low-power design technique using clock-gating in RTL. An efficient low-power methodology is that a high-level designer analyzes a generic system and designs a controller for clock-gating. Also the desirable flow is to derive clock-gating in normal synthesis process by synthesis tool than to insert directly gate to clock line. If low-power is considered in coding process, clock is gated in coding process. If not considered, after analyzing entire operation. clock is Bated in periods of holding data. After analyzing operation for clock-gating, a controller was designed for it, and then a low-power circuit was generated by synthesis tool. From result, we identified that the consumed power of register decreased from 922mW to 543mW, that is the decrease rate is 42%. In case of synthesizing the test circuit using synthesizer of Power Theater, it decreased from 322mW to 208mW (36.5% decrease).

파워 스위치 구조를 결합한 비동기 회로 설계

김경기(Kyung Ki Kim) 한국산업정보학회 2016 한국산업정보학회논문지 Vol.21 No.1

본 논문은 동기회로에서 누설 전류를 줄이기 위해서 사용되는 파워 스위치 구조를 결합한 새로운 구조의 저전력 비동기 회로 설계 방법을 제안하고자 한다. Static 방식, Semi-static 방식과 같은 기존의 지연 무관방식의 비동기 방식과 비교해서 다소 속도의 손해는 있지만, 파워 스위치에 의해서 데이터가 없는 상태에서는 누설 전력을 줄일 수 있고, 전체 사이즈가 작아짐으로써 데이터가 입력되는 순간의 스위칭 전력도 줄일 수 있는 장점이 있다. 따라서, 제안된 방법은 속도보다 저전력을 기본으로 하는 사물인터넷시스템에서 요구되는 전전력 설계 방법이 될 것이다. 본 논문에서는 새로운 방식의 비동기 회로를 사용하여 4x4곱셈기를 0.11㎛ 공정으로 설계하고, 기존의 비동기 방식의 곱셈기와 스피드, 누설 전류, 스위칭 파워, 회로 크기 등을 비교하였다. This paper proposes an ultra-low power design methodology for asynchronous circuits which combines with power switch structure used for reducing leakage current in the synchronous circuits. Compared to existing delay-insensitive asynchronous circuits such as static NCL and semi-static NCL, the proposed methodology provides the leakage power reduction in the NULL mode due to the high Vth of the power switches and the switching power reduction at the switching moment due to the smaller area even though it has a reasonable speed penalty. Therefore, it will become a low power design methodology required for IoT system design placing more value on power than speed. In this paper, the proposed methodology has been evaluated by a 4x4 multiplier designed using 0.11 ㎛ CMOS technology, and the simulation results have been compared to the conventional asynchronous circuits in terms of circuit delay, area, switching power and leakage power.

환경권 측면에서 영국의 청정화력발전 육성 법제 연구

장민영 중앙법학회 2017 中央法學 Vol.19 No.3

It is regarded as a legal obligation, not a recommendation, that states take effective legislative and administrative measures to reduce greenhouse gas emissions. The international human rights regimes, including the UN and the EU, are approaching to climate change from the perspective of human rights. Therefore, state parties have positive lgeal responsibility to reduce greenhouse gas emissions in order to guarantee human rights. Further, the environmental treaties, including the Kyoto Protocol and Paris Agreement, assign contracting parties specific and legal responsibilities in connection with greenhouse gas emissions reduction. The United Kingdom promptly and positively responded to the reduction of greenhouse gas emissions. The UK enacted the Climate Change Act in 2008 and legalized carbon target which quantifies national goals in terms of greenhouse gas emissions reduction for the first time in the world. Considering that significant portions of greenhouse gases emissions come from energy, the UK have amended its energy acts and established a national framework to support research and development of low-carbon thermal power plant technologies. Based on the relevant laws, the UK government have implemented multilateral policies to promote the development of low-carbon thermal power plant: financial and legal aid of research and development of low-carbon thermal power generation technologies, infrastructure development to help commercialization of the technologies, and implementation of the strategies to strengthen its competitiveness in the energy market. In particular, the government have provided various and consistent supporting projects for demonstration test in the field of low-carbon thermal power generation technologies. The UK's legal and administrative efforts to support low-carbon thermal power generation technologies have recently produced remarkable results. As well as securing outstanding technological skills in the field of low-carbon thermal power generation technologies, the UK, by comparison with the 1990 emissions, achieved a 38% reduction in greenhouse gas emissions in 201, exceeding the existing carbon target. The UK's legal system to promote low-carbon thermal power plant have significant implications to the Korean law in that recent greenhouse gas emissions of Korea have doubled in comparison to 1990. 현대 사회에 있어서 국가가 온실가스 배출을 줄이기 위해 입법적 및 행정적 조치를 취하는 것은 권고적 사항이 아니라 법적 의무로 여겨지고 있다. 사회권규약 및 유럽연합 기본권헌장 등 국제 사회의 인권규범체계는 기후 변화를 인권의 차원에서 접근하고 있다. 그러므로 국가는 인권 보장 차원에서 온실가스 배출을 감축할 적극적 의무를 부담하게 되었다. 뿐만 아니라 쿄토의정서, 파리협약 등 일련의 국제적 합의를 통해 개별국들에게 온실가스 배출 감축이 구체적으로 그리고 법적으로 요구되고 있는 상황이다. 영국은 이와 같은 온실가스 감축 의무에 가장 빨리 그리고 적극적으로 대응하였다. 2008년 기후변화법 제정을 통해 세계 최초로 온실가스 감축 목표를 정량화 및 법제화하였다. 영국의 경우 온실가스 배출의 상당한 부분이 에너지 분야, 특히 화력발전에서 기인되는 점을 감안하여, 에너지법 개정을 통해 청정화력발전 기술의 연구 및 개발에 대한 국가적 지원 제도를 입법화하였다. 관련 법령들에 근거하여 영국 정부는 청정화력발전 기술 육성을 위한 다각적인 정책들을 추진하였다. 청정화력발전 기술 연구 및 개발에 대한 지원, 실용화를 위한 환경적 기반 구축 그리고 시장경쟁력 확보를 위한 방안들을 마련·시행하였다. 특히 청정화력발전 분야에 있어서 실증 시험의 중요성을 인식하고 다양하고 체계적인 재정적 지원 프로젝트들을 꾸준히 운영하였다. 청정화력발전 지원에 관한 영국의 법적 및 정책적 노력들은 최근 주목할 만한 성과들을 산출하고 있다. 청정화력발전 분야에서 뛰어난 기술력을 확보하고 있음은 물론, 이를 토대로 영국의 온실가스 배출량은 2015년에는 1990년 대비하여 38% 감축되어 기존 목표를 상회하는 결과를 보여주고 있다. 1990년 대비하여 하여 2배 이상 온실가스 배출이 증가한 우리에게 영국의 청정화력발전 육성 법제는 의미하는 바가 크다고 할 것이다.