ノーマリーオフ動作で「消費電力世界最小」のウェアラブル生体センサー実現：センシング技術

ロームは2014年11月、神戸大学と共同でノーマリーオフ動作のウェアラブル生体センサーを開発し「世界最小の消費電力を達成した」（ローム）と発表した。同センサーは、心拍を6μAの消費電流で検知できる他、通信機能も備える。

[EE Times Japan]

　ロームは2014年11月11日、神戸大学と共同で「世界最小の消費電力」（ローム）というウェアラブル生体センサーを開発したと発表した。不揮発性メモリ、不揮発性ロジックを使用して「ノーマリーオフ動作」を実現し消費電力を抑えた。同センサーは、心拍を6μAの消費電流で検知できる他、通信機能も備える。

　開発したセンサーは新エネルギー・産業技術総合開発機構（NEDO）のプロジェクトである「ノーマリーオフコンピューティング基盤技術開発」の一環で開発されたもの。ノーマリオフ動作とは、処理がない時は電源を積極的にオフし、必要な時に電源を即座にオンする動作のことで、消費電力を最小限に抑えることができる。

6μAで心拍取得

　ロームと神戸大学大学院システム情報学研究科情報科学専攻教授の吉本雅彦氏は、電源をオフにしてもデータを保持する不揮発性メモリと不揮発性ロジックを活用し、ノーマリーオフ動作のセンサーを実現したという。なお、製造には0.13μmCMOSプロセスを使用している。

「ノーマリーオフ動作」導入前後イメージ 出典：ローム

　RAM部分に適用した不揮発性メモリは、FeRAM（強誘電体メモリ）を応用した新構造の不揮発性RAMとし「メモリ部の平均電力を1/10以下に削減した」（ローム）。

　不揮発性ロジックを適用した回路は、CPUコア「ARM Cortex-M0」を含むデジタル回路ブロックで、ロジック部の消費電力も従来比で半分以下となったという。

　体表面のわずかな電位差（心電波形）から心拍数を取得する心拍取得アナログ部には、新たに開発したノイズ耐性に優れる心拍波形取得アルゴリズムを適用し、一部をノーマリオフ動作可能なデジタル処理に置き換えることで、「従来比1/20となる大幅な低消費電力化に成功した」（ローム）としている。

　こうした低消費電力化技術により、心拍数の取得を6μAの消費電流で実現した。

ノーマリーオフ動作による電力の極小化。図内の理由（1）は心拍取得アナログ部の一部デジタル化、理由（2）は不揮発性メモリの採用、理由（3）はマイコン回路への不揮発性ロジックの適用である。 出典：ローム

通信機能など含め20μAでの動作にメド

　同センサーは、加速度センサーなど他のデジタル出力センサーの情報を取得し、演算、記録できる。さらに、通信機能を搭載し、スマートフォンからウェアラブル生体センサーを制御したり、データの入出力データを入出力したりすることもできる。。これらの動作も消費電流は38μAで行え、「将来的には、20μAとするメドも立っている」（ローム）という。

ウェアラブル生体センサーモジュールの消費電力構成比 出典：ローム

　ロームでは、今後、圧電MEMS（微小電気機械システム）デバイスと組み合わせた、電池不要のウェアラブル生体センサーの開発を行っていく方針だ。