超低功耗技术推动免电池IoT感知

若要物联网充分发挥潜力和实现更智能的地球，需要免电池、免维护的端点。

随着更易于获得强大的分析，对传感器数据的需求也在增长；思科(Cisco)早期预测的在2020年有500亿互联的“物”似乎不再是妄想。如此庞大数量的设备中，如果有一半单使用原电池供电，那么成本和环境负担-以及更换它们所涉及的管理挑战-可能会使物联网(IoT)难以为继。

由采集的能量供电的免电池智能传感器技术已受关注一段时间。能量采集技术的最新进展，再加上新的超低功耗集成电路(IC)、传感器和无线电技术如蓝牙低功耗技术，使能量采集现在变得更加实用、高效、实惠，且更易于以紧凑、可靠的形式实施。

满足更低的能源预算

考虑一个智能传感器用于定期捕获和传输环境数据。通过分析完成每个感知传输周期所需的能量和所需的重复间隔，可以了解无电池运行的条件。如果系统能够采集足以在所需的占空比运行的能量，可长期免电池运行。

所需能量取决于系统功率和捕获、传输数据的时间。为了最大限度地减少这些需求，蓝牙低功耗协定和类似协定如ZigBee Green Power经优化以实现短帧持续时间和低传输功率，同时确保足够的安全性。 

使用这任一协议，可在约10ms(或更短时间)内发送完整的传感器数据帧。如果传感器节点子系统可以1V、10mA可靠地执行，则可由以下公式计算所需的合适能量预算：

1V x 10 mA x 10 ms = 100 μJ /每次运行

这提出一些需要考虑的初步目标。假设传感器、处理和无线电子系统可在接近1V的电压下工作，所需总能量预算为100 μJ。能量撷取子系统必须捕获足够的能量，以便在需要时至少有100 μJ可用于运行电路。唯一的限制是使这能量达到目标占空比。如果占空比在1到10秒之间，增益因数对于撷取器源来说相当大，但不是不可能的。例如，标准的1或2平方英寸太阳能电池以低至4%的转换能量能够解决这一挑战。

为了满足这些要求，系统设计需要从使用极低功耗传感器开始。基于最新MEMS技术的传感器可满足这些要求，通过结合先进的机械设计和高性能集成提供超低功耗。其中，Bosch的BME280环境传感器在一个低功耗的一体式器件中集成压力、温度和湿度传感器。

此外，BMA400是业界首个三轴加速度计，提供真正的超低功耗工作而不牺牲性能。结合这些器件，可创建一个极低功耗的多传感器平台，并增加惯性传感，用于气候控制、过程监控、资产跟踪或入侵检测等应用。

系统级封装(SiP)集成

为解决处理和无线电子系统中的挑战，安森美半导体将一系列超低功耗技术结合用于RSL10系统级封装(RSL 10 SIP)。RSL10 SIP含无线电系统单芯片(SoC)、集成的天线、集成的电源管理和所需的所有无源器件。

RSL10 SIP功耗极低，深睡眠模式为62.5nW，接收模式为7mW，支持低至1.1V电源电压，并具有集成的Flash和RAM功能。同时，它支持空中固件(FOTA)升级，带内存保护，并通过了全球监管标准认证，包括获CE和美国FCC认证。

现在，结合RSL10 SIP、超低功耗BME280传感器、BMA400传感器及安森美半导体的NCT203数字温度计和警报器，成就了RSL10太阳能电池多传感器平台(图1)。

该可立即使用的免电池传感器节点连接到集线器如网关或使用蓝牙低功耗的智能手机，并配有源代码、电路图和Gerber文件以支持自定义。

图1. RSL10太阳能电池多传感器平台已准备好连接太阳能电池板，并通过蓝牙低功耗传输传感器数据。