A normally-off microcontroller unit with an 85% power overhead reduction based on crystalline indium gallium zinc oxide field effect transistors

Ohshima, Kazuaki; Kobayashi, Hidetomo; Nishijima, T.; Yoneda, Seiichi; Tomatsu, Hiroyuki; Maeda, Shuhei; Tsukida, K.; Takahashi, Kei; Sato, Takehisa; Watanabe, Kazunori; Yamamoto, Ro; Kozuma, Munehiro; Aoki, Takuya; Yamade, Naoto; Ieda, Yoshinori; Miyairi, Hiroo; Atsumi, Tomoaki; Shionoiri, Yutaka; Kimura, Kiyoshi; Maehashi, Yukio; Koyama, Jun; Yamazaki, Shunpei

doi:10.7567/jjap.53.04ee02

Cited by 6 publications

(2 citation statements)

References 32 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…In addition, particular techniques for energy saving in WSAN nodes have already been studied and have shown remarkable results. Some of them have focused on the wakeup and idle states of MCUs [ 99 , 108 , 109 ], or on the behavior of MCUs as normally-off devices [ 110 , 111 ].…”

Section: The Sensotube Architecturementioning

confidence: 99%

SensoTube: A Scalable Hardware Design Architecture for Wireless Sensors and Actuators Networks Nodes in the Agricultural Domain

Piromalis

Arvanitis

2016

Sensors

View full text Add to dashboard Cite

Wireless Sensor and Actuators Networks (WSANs) constitute one of the most challenging technologies with tremendous socio-economic impact for the next decade. Functionally and energy optimized hardware systems and development tools maybe is the most critical facet of this technology for the achievement of such prospects. Especially, in the area of agriculture, where the hostile operating environment comes to add to the general technological and technical issues, reliable and robust WSAN systems are mandatory. This paper focuses on the hardware design architectures of the WSANs for real-world agricultural applications. It presents the available alternatives in hardware design and identifies their difficulties and problems for real-life implementations. The paper introduces SensoTube, a new WSAN hardware architecture, which is proposed as a solution to the various existing design constraints of WSANs. The establishment of the proposed architecture is based, firstly on an abstraction approach in the functional requirements context, and secondly, on the standardization of the subsystems connectivity, in order to allow for an open, expandable, flexible, reconfigurable, energy optimized, reliable and robust hardware system. The SensoTube implementation reference model together with its encapsulation design and installation are analyzed and presented in details. Furthermore, as a proof of concept, certain use cases have been studied in order to demonstrate the benefits of migrating existing designs based on the available open-source hardware platforms to SensoTube architecture.

show abstract

Section: The Sensotube Architecturementioning

confidence: 99%

SensoTube: A Scalable Hardware Design Architecture for Wireless Sensors and Actuators Networks Nodes in the Agricultural Domain

Piromalis

Arvanitis

2016

Sensors

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…Από την εμφάνισή τους, τα ασύρματα δίκτυα αισθητήρων αποτελούνταu από ασύρματους κόμβους το υλικό των οποίων στηρίζεται αποκλειστικά στην αρχιτεκτονική που απεικονίζεται στην Εικόνα 1.1 [23,24]. Σύμφωνα με αυτήν την τυπική αρχιτεκτονική, η λειτουργία του ασύρματου κόμβου στηρίζεται σε έναν μικροελεγκτή (MCU: Microcontroller Unit) ο οποίος ελέγχει όλα τα απαραίτητα κυκλώματα για την διασύνδεση με αισθητήρες (sensors) και ενεργοποιητές (actuators), καθώς και για την ασύρματη δικτύωση.…”

Section: αδυναμίες και περιορισμοί στις τρέχουσες προσεγγίσεις σχεδιασμού κόμβων ασυρμάτων δικτύων αισθητήρωνunclassified

Βελτιστοποίηση Της Ευρωστίας Του Υλικού Των Αρχιτεκτονικών Ανοικτής Πηγής Για Την Ανάπτυξη Και Την Υλοποίηση Κόμβων Ασυρμάτων Δικτύων Αισθητήρων Στο Πεδίο Της Γεωργίας

Πυρομάλης¹

View full text Add to dashboard Cite

Η παρούσα διδακτορική διατριβή στοχεύει στην μελέτη των διαθέσιμων αρχιτεκτονικών σχεδιασμού υλικού κόμβων ασύρματων δικτύων αισθητήρων και στον εντοπισμό των περιορισμών και των δυσκολιών που αυτές επιβάλλουν και την πρόταση και την δημιουργία μιας νέας αρχιτεκτονικής η οποία θα ενσωματώνει όλα τα πλεονεκτήματα όλων των υπαρχουσών αρχιτεκτονικών και στην διευθέτηση όλων των αδυναμιών και των περιορισμών. Η μεθοδολογία για την επίτευξη των στόχων περιλαμβάνει την μελέτη του σχεδιασμού υλικού ασύρματων κόμβων βασισμένου σε: α) Τυπική Αρχιτεκτονική (Typical Architecture), β) Αρχιτεκτονικές Ειδικού Σκοπού (End-Systems Architectures), γ) Αρχιτεκτονικές Εμπορικά Διαθέσιμων Λύσεων Γενικής Χρήσης (Commercial-of-the-Shelf Architectures), και δ) στις Αρχιτεκτονικές Ανοικτής Πηγής (Open-Source Hardware Architectures). Τα προβλήματα, οι περιορισμοί και οι αδυναμίες κάθε μιας από τις προαναφερόμενες αρχιτεκτονικές σχεδιασμού υλικού ασύρματων κόμβων δικτύων αισθητήρων ανιχνεύονται μέσω μελετών περιπτώσεων σχεδιασμού Design Case Studies). Στην συνέχεια προτείνεται μια νέα αρχιτεκτονική η οποία θα εξαλείφει τα προβλήματα που επιβάλλουν οι υπάρχουσες αρχιτεκτονικές και θα δίνει έμφαση στα πλεονεκτήματα των αρχιτεκτονικών υλικού ανοικτής πηγής και ειδικού σκοπού. Τέλος, η προτεινόμενη αρχιτεκτονική εξετάζεται σε βάθος μέσω αντιπροσωπευτικών μελετών περιπτώσεων σχεδιασμού υλικού. Στα αποτελέσματα της διδακτορικής διατριβής συγκαταλέγονται: α) η πλήρης τεκμηρίωση των αδυναμιών, των περιορισμών και των προβλημάτων που επιβάλλουν οι εξεταζόμενες υπάρχουσες αρχιτεκτονικές σχεδιασμού υλικού κόμβων ασύρματων δικτύων αισθητήρων. Συγκεκριμένα, εντοπίστηκαν περιορισμοί και αδυναμίες που σχετίζονται με την διαχείριση ηλεκτρικών σημάτων, την διαχείριση πόρων επικοινωνίας, την διαχείριση ενέργειας, καθώς και το κόστος, την ευελιξία, την κλιμάκωση, την ανοικτότητα, την επεκτασιμότητα, την αξιοπιστία και την ευρωστία του υλικού των κόμβων. Επίσης, εμφανίστηκε πως είναι απαραίτητη η ύπαρξη μιας νέας αρχιτεκτονικής η οποία θα συνδυάζει την αξιοπιστία και την ευρωστία του αρχιτεκτονικών ειδικού σκοπού με την ευελιξία και την επεκτασιμότητα και επαναχρησιμοποίηση των αρχιτεκτονικών ανοικτής πηγής. β) η πρόταση και η δημιουργία μιας νέας αρχιτεκτονικής σχεδιασμού υλικού ασύρματων κόμβων δικτύων αισθητήρων, της αρχιτεκτονικής SensoTube. Η εν λόγω αρχιτεκτονική, στηρίζεται σε μια εννιολογική αφαίρεση επτά διακριτών επιπέδων λειτουργιών μέσω των οποίων οποιοδήποτε υλικό ασύρματου κόμβου δύναται να περιγραφεί, να μελετηθεί και να σχεδιαστεί. Επί προσθέτως, η προτεινόμενη αρχιτεκτονική SensoTube εισάγει την χρήση καινοτόμων μηχανισμών για την διαχείριση των σημάτων και των επικοινωνιών, τη διαχείριση του προγραμματισμού και της εκσφαλμάτωσης μικροελεγκτών, καθώς και της διαχείρισης της ενέργειας του ασύρματου κόμβου. Μέσω συγκεκριμένων μελετών περιπτώσεων σχεδιασμού αποδεικνύεται πως η προτεινόμενη αρχιτεκτονική SensoTube διασφαλίζει την κλιμάκωση, την ευελιξία, την επαναχρησιμοποίηση, τον επανακαθρορισμό και την επεκτασιμότητα που απαιτούνται στον σχεδιασμό και στην υλοποίηση εύρωστου υλικού ασύρματων κόμβων για το απαιτητικό περιβάλλον της Γεωργίας.

show abstract

A normally off high-voltage InGaZnO transistor with drain offset region modulated by an InZnO layer

Huang,

Zhang,

Yao

et al. 2024

Applied Physics Letters

View full text Add to dashboard Cite

This work presents a normally off high-voltage indium-gallium-zinc-oxide (IGZO) thin-film transistor (TFT) featuring a drain offset region modulated by the IZO layer (IMO, IMO-IGZO TFT). In addition to decreasing the specific on-resistance (Ron,sp) by more than three orders of magnitude, the IMO structure further elevates the breakdown voltage by optimizing the thickness of the IZO layer (tIZO) compared to the Offset TFT. Through TCAD simulation, the underlying mechanism responsible for the improved performance of the IMO-IGZO TFT is elucidated. The introduced IZO modulating layer effectively increases carrier concentration and rebuilds the electric field within the offset region. Consequently, the IMO-IGZO TFT with a 6 nm thick IZO modulating layer and 3.5 μm length offset region attains a breakdown voltage of 410 V and demonstrates favorable Ron,sp of 5.3 × 103 mΩ × cm2. This results in a Baliga's figure of merit of 31.72 kW/cm2, surpassing conventional and Offset TFTs by factors of 186 and 3048, respectively.

show abstract

A normally-off microcontroller unit with an 85% power overhead reduction based on crystalline indium gallium zinc oxide field effect transistors

Cited by 6 publications

References 32 publications

SensoTube: A Scalable Hardware Design Architecture for Wireless Sensors and Actuators Networks Nodes in the Agricultural Domain

SensoTube: A Scalable Hardware Design Architecture for Wireless Sensors and Actuators Networks Nodes in the Agricultural Domain

A normally off high-voltage InGaZnO transistor with drain offset region modulated by an InZnO layer

Contact Info

Product

Resources

About