Sarete pronti per soddisfare i prossimi requisiti di progettazione ecocompatibile dell'UE?

Non è troppo presto per prepararsi alla prossima normativa sulla progettazione ecocompatibile elaborato dall'Unione Europea (UE) per smartphone e tablet. Tale normativa riguarda la progettazione sostenibile¹ e i nuovi requisiti di etichettatura energetica². Le proposte avranno un impatto significativo sul modo in cui questi dispositivi sono progettati, costruiti e presentati. Una regola richiede che gli smartphone siano realizzati in modo che i consumatori possano facilmente ripararli, aggiornarli e manutenerli (in alcuni casi anche con batterie sostituibili). Un'altra si concentra sull'aggiunta di etichette energetiche simili a quelle già presenti sugli elettrodomestici.

Entrambe dovrebbero essere codificate come leggi nel 2024.

Le prestazioni richieste dalla connettività 5G renderanno ancora più difficile soddisfare queste nuove direttive. Tre aree importanti da considerare nella progettazione di tablet e smartphone sostenibili ed efficienti dal punto di vista energetico sono: memorie a basso consumo, gestione ottimale dell'alimentazione e catene di segnali RF efficienti.

In questo blog esaminiamo brevemente alcuni dei requisiti di progettazione ecocompatibile e alcuni passi da intraprendere per prepararsi. Faremo il punto su alcuni CI che consentono una maggiore efficienza, tra cui una memoria Low Power Double Data Rate 5 (LPDDR5) di Micron Technology, un CI di gestione dell'alimentazione (PMIC) di Texas Instruments e un CI di sintonizzazione antenna di Infineon

Esempi di normative per la progettazione ecocompatibile

Tra i nuovi requisiti tratti dall'allegato di 52 pagine alle normative, "Progettazione sostenibile di telefoni cellulari e tablet - progettazione ecocompatibile", possiamo trovare:

Protezione dalle infiltrazioni: questi dispositivi devono essere protetti contro l'ingresso di corpi estranei solidi di 1 mm o più e contro gli spruzzi d'acqua. La protezione dalle infiltrazioni di particelle e umidità sarà espressa da un codice IP (Tabella 1). I test pertinenti devono essere eseguiti senza la copertura protettiva del dispositivo. Come descritto di seguito, i dispositivi con batterie a lunga durata non sostituibili dall'utente devono essere progettati per essere impermeabili secondo lo standard IP67.

Tabella 1: I requisiti minimi di protezione dalle infiltrazioni si riferiscono a particelle di 1 mm o più e agli spruzzi d'acqua. (Tabella per gentile concessione di ec.europa.eu)

Batterie e gestione delle batterie: lo standard di progettazione ecocompatibile richiede che le batterie siano testate con cicli continui di carica/scarica fino a quando la capacità utilizzabile non scende all'80% di quella nominale. Il test del ciclo di vita utilizzerà gli algoritmi di ricarica predefiniti per il dispositivo. Il numero di cicli sarà arrotondato per difetto al centinaio più vicino. Ad esempio, una batteria che scende all'80% della capacità nominale dopo 524 cicli avrà una classificazione di 500 cicli.

Tutti i dispositivi devono avere una durata della batteria di almeno 500 cicli. Gli utenti devono poter controllare lo stato di salute delle batterie in qualsiasi momento e sostituirle se la loro capacità si deteriora troppo. Fanno eccezione gli smartphone con batterie che hanno una durata di 1000 cicli o più e che sono a tenuta stagna secondo lo standard IP67. In questo caso, non è necessario che le batterie siano sostituibili dall'utente. Tuttavia, anche per questi smartphone la sostituzione della batteria deve poter essere effettuata da tecnici professionisti.

Requisiti di gestione della batteria:

1. Questi dispositivi devono includere una funzione di carica controllabile dall'utente che termina la carica quando la batteria raggiunge l'80% della capacità massima.
2. Devono inoltre includere un'impostazione predefinita che garantisca che alle batterie completamente cariche non venga applicata alcuna alimentazione, a meno che il livello di carica non scenda a meno del 95% della capacità nominale. Gli utenti devono avere la possibilità di disabilitare questa impostazione.

Oltre alla corretta gestione dell'alimentazione, anche un basso consumo energetico è un fattore importante per soddisfare i requisiti del ciclo di vita della batteria previsti dalle nuove direttive sulla progettazione ecocompatibile.

Più larghezza di banda della memoria, meno energia

Ovviamente, un basso consumo energetico è ottenibile impiegando componenti ad alta efficienza energetica. Ad esempio, per i telefoni cellulari ci si può indirizzare verso una soluzione con memoria dinamica ad accesso casuale (DRAM) LPDDR5. Dispositivi come MT62F1G64D8CH-031 di Micron Technology hanno un'efficienza energetica superiore del 20% rispetto alle memorie della generazione precedente. Questa DRAM è in grado di supportare l'elaborazione dei dati a velocità di picco fino a 6,4 Gbps, un requisito fondamentale per gli smartphone 5G, ed è più veloce del 50% rispetto alle DRAM precedenti.

Figura 1: I dispositivi di memoria LPDDR5 come MT62F1G64D8CH-031 hanno un'efficienza energetica superiore del 20% rispetto ai dispositivi della generazione precedente. (Immagine per gentile concessione di Micron Technology)

CI di gestione dell'alimentazione

Il PMIC LP8758A di Texas Instruments è in grado di ottimizzare il consumo energetico dei processori di smartphone e tablet. Fornisce quattro tensioni di uscita da convertitori c.c./c.c. step-down indipendenti e può essere controllato da un'interfaccia seriale I²C. LP8758A passa automaticamente dalla modulazione della larghezza di impulso (PWM) alla modulazione della frequenza di impulso (PFM) per massimizzare l'efficienza in un ampio intervallo di correnti di uscita (Figura 2). Per monitorare in modo efficiente il consumo energetico, il PMIC LP8758A può fornire le misurazioni della corrente di carico senza l'utilizzo di resistori di rilevamento della corrente esterni.

Figura 2: Il PMIC LP8758A offre un'elevata efficienza in un ampio intervallo di correnti di uscita. (Immagine per gentile concessione di Texas Instruments)

Sintonizzare le antenne

Anche l'efficienza della catena di segnali RF è un fattore importante per migliorare l'efficienza energetica di smartphone e tablet. BGSC2341ML10 di Infineon Technologies è progettato per applicazioni di sintonizzazione RF, come l'adattamento di impedenza sintonizzabile, il filtraggio sintonizzabile e la sintonizzazione dell'antenna. Questo circuito integra un condensatore sintonizzabile a 8 stati e un interruttore RF SPDT (unipolare a due vie) a bassa resistenza nello stato On, controllato tramite il protocollo MIPI (Mobile Industry Processor Interface) 2.1 del front-end RF (RFFE) (Figura 3).

Figura 3: BGSC2341ML10 include un condensatore sintonizzabile (C1) e un interruttore RF SPDT (SW1 e SW2). (Immagine per gentile concessione di Infineon Technologies)

Conclusione

È già ora di prepararsi ai nuovi requisiti di progettazione ecocompatibile per smartphone e tablet allo studio in UE e destinati ad essere implementati nel 2024. Con un occhio di riguardo alla sostenibilità e alla riparabilità, le nuove regole includono anche un'etichettatura di efficienza energetica simile a quella attualmente presente sugli elettrodomestici. Come abbiamo visto, per soddisfare gli esigenti requisiti di basso consumo dei sistemi di prossima generazione, i progettisti possono rivolgersi ai dispositivi più avanzati, come le memorie DRAM LPDDR5, i PMIC e i CI per la sintonizzazione delle antenne.

Riferimenti:

1: Progettazione sostenibile di telefoni cellulari e tablet - progettazione ecocompatibile

2: Etichettatura energetica di telefoni cellulari e tablet: informare i consumatori sull'impatto ambientale