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如何让物联网设备实现无需电池永久续航?

2020-10-16 赵明灿 阅读:
每年在全球消耗的电池以数十亿来计算。未来,在实现技术发展的同时是否有可能无需再担心续航?

现在,人们对电池的需求必不可少。随着电子设备越来越多,电池的需求也越来越高。我们每个人都需要购买不同型号的电池。根据统计,每年在全球消耗的电池以数十亿来计算。未来,在实现技术发展的同时是否有可能无需再担心续航?rLDednc

一般来讲,电池在用完之后都必须要把它扔掉,然后购买全新的电池来替代,这就会对环境造成巨大的影响和污染。谋思科技(Atmosic)这家公司着力于三种创新技术的研发­——超低功耗射频、射频唤醒和受控能量收集——希望能借此改变这个现状。rLDednc

将蓝牙5.0作为进入市场的敲门砖

日前,在该公司媒体沟通会上,该公司CEO David Su和营销及业务拓展副总裁Srinivas Pattamatta就介绍了这三种技术如何能实现最低功耗,并彻底降低物联网应用对电池的依赖。“基于我们最新的创新技术和解决方案,我们希望能够颠覆整个电子产品的使用,实现电池的永久续航。同时,在一些特殊的环境和技术发展前景下,我们希望有朝一日能够实现无需电池。”David Su表示。rLDednc

Atmosic选择将蓝牙低功耗(BLE)作为进入市场的敲门砖。之所以选择这个领域,就是因为它有着非常巨大的市场前景以及市场发展的潜力,David Su表示。“在全部350亿台已经装机的无线基站中,蓝牙是最常见的一种互联解决方案。”他补充说。rLDednc

蓝牙5.0技术的最新标准现已正式发布。基于蓝牙5.0技术,该公司可以使它具体的连接范围以及续航能力继续获得提升,甚至其连接范围可以达到Wi-Fi相对应的水平。“按照ABI研究机构最新的统计数字,我们在消费品以及家居用品(包括传感器和数据传输)市场已经在全球拥有超过10亿的市场份额,这也是我们所定位的目标市场。” David Su介绍说。rLDednc

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他表示,Atmosic提供的产品、技术和解决方案,从个人电子设备到家居设备,再到汽车、健康、工业和企业,以及智慧城市,有着非常广泛的市场和应用前景。rLDednc

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三项颠覆性技术

该公司产品和解决方案有三项核心创新技术,可以专门适用于IoT设备以及应用场景:rLDednc

1.超低功耗射频技术。该公司的超低功耗射频技术,相比市面上其他竞争对手,可以实现5到10倍的功耗减少,以及相关电源能耗的降低。rLDednc

2.射频唤醒技术。Atmosic的射频唤醒技术可以让设备在无需使用的时候随时保持休眠状态,只有在需要的时候才会被唤醒。rLDednc

3.受控能量收集技术。结合受控能量收集以及超低能耗射频技术和解决方案,可以实现更加好的永久续航,以及无需电池的应用场景和能力。同时,受控能量收集可以适用不同的能量收集来源,包括射频、光能以及动能等等。rLDednc

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那么这三项技术的具体应用场景有哪些?rLDednc

首先,超低功耗射频技术。可以拿灯泡举个例子,就好比现在的LED灯泡相比传统的白炽灯泡,可以显著降低能耗。rLDednc

其次,射频唤醒技术。就像装备了运动传感器的小夜灯设备一样,只会在感知到运动并且在需要的时候才会被唤醒。rLDednc

最后,受控能量收集技术。有很多路灯已经安装了光能电子发电板,通过这些光伏板就可以在电池不用的时候随时向外界收集能源。rLDednc

Atmosic已经将这三项技术用到了其产品和解决方案中,而更好地推进无线传输技术的发展。rLDednc

物联网市场机会与挑战

现在,整个IoT市场的机会很多,但是也有着很多的挑战,David Su表示。rLDednc

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现在的IoT市场,需要有更高的数据传输率,同时还必须要有非常长的覆盖范围,这是无线市场最新的一些需求。而在长距离覆盖方面,蓝牙5.0是一个绝好的技术,对于IoT是一种非常理想的解决方案。rLDednc

第二大挑战就是在IoT市场当中给设备更换电池,不仅仅带来了成本的上升,同时也带来了大量的人力物力的消耗。rLDednc

基于Atmosic超低功耗和射频唤醒解决方案,用户可以实现非常低功耗的蓝牙解决方案,从而延长电池的使用寿命。再结合受控能量收集解决方案,就可以在可控的环境下对能量进行及时地收获。基于这三个解决方案的组合,就能进一步实现永久续航,无需电池。rLDednc

为了更好地辅助并且简化RF模块的设计,该公司提供了专门的模组来更好地帮助设计师们进行产品的开发。Atmosic可以为开发者们提供SDK以及EVK来更高效地助力实现快速的原型机开发。同时,其也会为客户提供参考框架以及参考解决方案,来帮助他们快速开发自己的定制化方案。rLDednc

蓝牙5.0产品介绍

下面是Atmosic蓝牙5.0产品的简单架构图。基于这个架构以及解决方案,Atmosic提供业界最佳的超低功耗性能。同时,该产品中的射频唤醒和能量收集又使其具有差异化的特点。最后,这个技术也获得了蓝牙技术联盟认证。rLDednc

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目前,该公司产品线下总共有两个系列的产品:rLDednc

第一,M2系列解决方案。该系列解决方案可以提供超低功耗蓝牙5.0的连接,同时也支持射频唤醒。rLDednc

第二,M3系列解决方案。该系列解决方案在M2的基础上增加了受控能量收集技术,因此可以进一步实现无需电池。rLDednc

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与市面上的主要竞争对手解决方案对比,未采用受控能量收集技术的M2解决方案,其TX值比竞争对手低了超过2倍之多。同时,其接收器的功耗也比竞争对手低了将近6到7倍。rLDednc

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“如果针对每秒传输一次数据的蓝牙信标来讲,对比竞品,我们的功耗要比竞争对手降低4倍。”David Su表示。rLDednc

至于该技术是如何实现的,David Su向EDN记者表示,这里用到了亚阈值设计。“当然,我们的技术更多的是适用于数字逻辑的,有关于混合信号逻辑是要采用另外一种不同的技术解决方案。”他补充说。rLDednc

“亚阈值逻辑的基本原理就是通过对供应电压进行调整来更好地控制能量的消耗。而在混合环境下对于供应电压进行二次调整,可能它的效果就没有那么好了。rLDednc

“因此在我们的设计框架中,我们调整的并不仅仅是供应电压的换能器,我们采用的是多维度、多参数的调节来实现对它的控制。除了供应电压之外,我们也会对电流,包括信号的摆幅和整个架构的选择,进行统一考虑,通过这种方法来整体实现功耗的下降。”David Su解释说。rLDednc

简单来讲,传统的亚阈值逻辑只是针对单个参数进行调整,而Atmosic的几项专利技术和解决方案则是同时针对多个参数进行设计。rLDednc

两个最新合作案例

TraceSafe是一家开发接触追踪解决方案的公司。其开发的AllSafe手环非常适合现在疫情大环境的使用(新闻稿详见《Atmosic超低功耗蓝牙方案延长TraceSafe AllSafe手环电池寿命和续航时间,实现可靠的接触者追踪》)。rLDednc

SMK与Atmosic合作开发了远程摇控器等物联网设备,具体产品示意图如下(新闻稿详见《Atmosic与SMK Electronics携手实现物联网设备永久续航》)。rLDednc

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为了更好实现永久续航、无需电池的愿景,必须同时满足超低功耗、能量收集(来源可以是射频、光能、动能或者热能)和能量存储这三个条件。“为了实现能量的存储,可以采用超级电容或者可充电电池以及标准电池。”他补充说,“通过受控能量收集技术,只要收集到的外界能量能够实时保证大于设备运行所需要的超低功耗,就可以实现永久续航,以及无需电池的应用场景。”rLDednc

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下面简单举三个例子。rLDednc

第一个是射频能量收集。采用射频能量收集技术制作的员工卡,在与门禁接近的时候,其内置的芯片就会自动与设备进行接触,并且开始射频能量的收集。rLDednc

第二个是光能量收集。传感器标签一旦与光接触,只要光能达到200普朗克以上,该芯片就开始自动收集光能并且进行存储。rLDednc

第三个是动能收集。对开关打开和闭合的动作,其所产生的能量就已经足够支持对一个灯泡进行供电。rLDednc

总结

“我们定位的目标市场有着非常庞大的市值和发展潜力,就是无需电池的无线市场。我们提出了颠覆式的技术以及解决方案,同时也可以实现最好的成本效率。我们主要的定位市场就是IoT设备客户,其中,我们会把关注点主要放在消费电子和家居产品,以及数据和传感领域上。”rLDednc

“除此之外,我们的基础技术解决方案也可以实现扩展而适用于不同的应用场景。”David Su总结道。rLDednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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