NUS研究人員發(fā)明了一種低成本的“無電池”喚醒定時器，可將IoT傳感器節(jié)點的功耗降低1000倍，從而有助于持久運(yùn)行。喚醒定時器嵌入在測試芯片中，并放置在較大的封裝中（由兩個研究人員持有），以便于測試和表征。左起：新加坡國立大學(xué)工程學(xué)院的Orazio Aiello博士和Massimo Alioto副教授

新加坡國立大學(xué)（NUS）綠色I(xiàn)C研究小組的研究人員已經(jīng)發(fā)明了一種低成本，無電池喚醒定時器，其形式為片上電路，可顯著降低互聯(lián)網(wǎng)上的硅芯片的功耗。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）傳感器節(jié)點。國大團(tuán)隊新穎的喚醒計時器首次展示了功耗降低到真正的皮瓦范圍（比智能手表低十億倍）的成就。

“我們開發(fā)了一種新穎的喚醒定時器，可在picoWatt范圍內(nèi)運(yùn)行，并將很少活動的IoT傳感器節(jié)點的功耗降低了1000倍。作為獨特性的一部分，我們的喚醒定時器不需要任何其他電路，與傳統(tǒng)技術(shù)相比，傳統(tǒng)技術(shù)要求外圍電路至少消耗1,000倍以上的功率（例如，穩(wěn)壓器），這是加速IoT基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)展的重要一步，并為長期積極地將IoT設(shè)備小型化鋪平了道路持久的運(yùn)作。”國大工程學(xué)院電氣與計算機(jī)工程系副教授Massimo Alioto說道。

這項研究是與意大利都靈理工大學(xué)的Paolo Crovetti副教授合作進(jìn)行的。

啟用持久的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將推動智慧城市和智慧生活的實現(xiàn)，通常需要大量部署具有極低功耗和數(shù)十年電池壽命的智能化，小型化的硅芯片傳感器，這仍然是迄今為止的主要挑戰(zhàn)。

物聯(lián)網(wǎng)傳感器節(jié)點是包含一個或多個傳感器以及數(shù)據(jù)處理，無線通信和電源管理電路的單個小型系統(tǒng)。為了保持較低的功耗，它們大多數(shù)時候都處于睡眠模式，并且使用喚醒定時器來觸發(fā)傳感器執(zhí)行任務(wù)。由于大多數(shù)時間都處于開啟狀態(tài)，因此喚醒計時器可設(shè)置IoT傳感器節(jié)點的最低功耗。它們在降低片上系統(tǒng)的平均功耗方面也起著根本性的作用。

NUS發(fā)明大大降低了嵌入式IoT傳感器節(jié)點中喚醒計時器的功耗。“在典型的辦公室照明條件下，我們新穎的喚醒定時器可以由一個非常小的片上太陽能電池供電，該太陽能電池的直徑類似于一根人類發(fā)絲的直徑。它還可以由毫米級的電池維持?jǐn)?shù)十年， ” Alioto副教授解釋道。

在2018年夏威夷檀香山舉行的VLSI技術(shù)和電路研討會上，這項技術(shù)突破得到了公開報道，這是全球首屈一指的全球論壇，展示了固態(tài)電路和片上系統(tǒng)的進(jìn)步。

超低功耗

NUS團(tuán)隊的創(chuàng)新picoWatt范圍喚醒定時器由于對電源電壓的敏感度降低而具有前所未有的無需任何穩(wěn)壓器即可運(yùn)行的能力，從而抑制了此類外圍常開電路通常消耗的額外功率。喚醒定時器還可以繼續(xù)運(yùn)行，即使電池不可用并且在非常稀缺的環(huán)境功率下也是如此，這可以通過暴露在月光下的小型片上太陽能電池來證明。

大大降低了生產(chǎn)成本

此外，該團(tuán)隊的喚醒定時器可以使用非常小的片上電容器（半微微法拉）實現(xiàn)緩慢且不頻繁的喚醒。由于所需的面積�。�每側(cè)40微米），這有助于顯著降低硅制造成本。

“總的來說，這一突破是通過電路創(chuàng)新通過系統(tǒng)級簡化來實現(xiàn)的。我們已經(jīng)展示了具有更低功耗的硅芯片，這些芯片將定義下一代物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點的外形。這將有助于實現(xiàn)廉價，毫米級的最終愿景。該部門的客座研究員Orazio Aiello博士說：“可以擴(kuò)展并最終實現(xiàn)無電池傳感器節(jié)點。

下一步

該小組目前正在對低成本，易于集成，能源自治硅系統(tǒng)的電力消耗從picoWatts子納瓦。這些關(guān)鍵子系統(tǒng)將使未來的無電池傳感器成為現(xiàn)實，最終目標(biāo)是構(gòu)建完整的無電池片上系統(tǒng)。這將是實現(xiàn)全球物聯(lián)網(wǎng)愿景的重要一步。