スリープモード
英語表記: Sleep Mode
概要
スリープモードとは、組み込み機器（IoTデバイスやマイコン）において、処理を必要としない待機状態の際に、消費電力を極限まで抑えるために利用される基本的な省電力技術です。完全に電源を切るシャットダウンとは異なり、最低限の回路（メモリなど）に電力を供給し続けることで、外部からの信号やタイマーによって瞬時に動作を再開できる「クイックスタート」能力を維持します。これは、バッテリー駆動で長期間の運用が求められる組み込み機器の「電源と省電力設計」において、最も重要な要素の一つと言えるでしょう。
詳細解説
私たちが今、組み込み機器（IoTデバイス, マイコン）→ 電源と省電力設計 → 省電力技術という文脈でスリープモードを考えるとき、その最大の目的は「いかにバッテリーを長持ちさせるか」に尽きます。多くのIoTデバイスは、ほとんどの時間を「何もしていない待機状態」で過ごします。このアイドルタイムの消費電力を削減することが、デバイスの寿命を決定づけるのです。
スリープモードの動作原理は、主に以下の二つのアクションによって成り立っています。
- クロックの停止と低速化: デバイスの心臓部であるCPU（中央処理装置）の動作クロックを停止させます。これにより、CPUコアでの電力消費を大幅にカットします。一部のマイコンでは、完全に停止させるのではなく、非常に低速なクロック（低消費電力オシレーター：LPO）に切り替えて、必要最低限の監視機能だけを維持します。
- 周辺回路の電源遮断: 現在使用していない通信モジュール（Wi-Fi、Bluetoothなど）、各種センサーインターフェース、未使用のI/Oポートなどへの電源供給を停止します。
ただし、スリープモードでは、次に起動したときに以前の状態をすぐに復元できるように、揮発性の高いメモリであるRAM（Random Access Memory）の内容は保持し続ける必要があります。このRAMの保持にかかる電力は、スリープモード中の消費電力の大部分を占めることも少なくありません。このわずかな電力で、デバイスは数ヶ月、数年と待機し続けることが可能になるのです。
キーコンポーネント
この省電力技術を支える主要なコンポーネントは、以下の通りです。
- ウェイクアップタイマー（WUT）: デバイスを定期的に起動させるための時計です。非常に低い電力で動作し、「一定時間経過したら起動せよ」という指示をマイコンに送ります。
- 割り込みコントローラ: 外部からのトリガー（例：ボタン押下、センサー値の変化、通信パケットの受信）を監視し、イベントが発生した際に瞬時にスリープ状態を解除してCPUを動作させる役割を担います。
- 低消費電力オシレーター（LPO）: メインクロックよりも精度は低いものの、極めて低消費電力で動作する発振回路です。ウェイクアップタイマーや、最低限の監視機能の動作を支えます。
このスリープモードの適切な設計こそが、「電源と省電力設計」における技術者の腕の見せ所であり、IoTデバイスの市場競争力を左右する重要な「省電力技術」なのです。消費電力をどれだけ抑えられるか、そしてどれだけ迅速に復帰できるか、このバランスを追求することが求められます。
具体例・活用シーン
スリープモードは、私たちの身の回りにある多くの組み込み機器で当たり前に使われています。特に、バッテリー交換が困難な環境や、長期間の無人運用が求められるシーンで絶大な効果を発揮します。
活用シーン
- スマートメーター（電力・水道の自動検針機）:
- スマートメーターは、一日に数回、または一時間に一度だけ、計測値を取得し、それを通信モジュール経由でサーバーに送信します。
- 計測と送信以外の約99%の時間は、ディープスリープモードに入っています。これにより、数年間バッテリー交換なしで安定稼働を実現しています。必要な瞬間にウェイクアップタイマーで起動し、タスクを終えたら即座に眠りにつく、非常に規律正しい動作が求められます。
- ワイヤレスキーボードやマウス:
- これらのデバイスは、ユーザーが操作をしない時間が続くと、自動的にスリープモードに移行します。ボタンが押されたり、マウスが動かされたり（これが「割り込み」です）した瞬間に、即座に復帰して操作を受け付けます。この迅速な復帰能力が、ユーザーにストレスを感じさせない鍵となります。
比喩による理解：消防士の待機
スリープモードの動作を理解するために、待機中の消防士の姿を想像してみましょう。彼らはいつ火災（タスク）が発生するか分かりませんが、常に待機しています。
- アクティブモード（全力稼働）: 消防士が火災現場で消火活動を行っている状態です。最もエネルギー（電力）を消費します。
- シャットダウン（完全停止）: 消防士が家に帰って熟睡している状態です。火災が発生しても、現場に駆けつけるまでに時間がかかりすぎます。
- スリープモード（待機）: 消防署内で、制服を着たまま仮眠をとっている状態です。体は休ませていますが、無線（割り込み）や火災報知器（ウェイクアップタイマー）の音にはすぐに反応できる状態です。
スリープモードとは、この「すぐに反応できる待機状態」を電子的に実現する技術なのです。組み込み
