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挑战永久续航,Atmosic欲重新定义物联网设备电池寿命

时间:2020-09-27 作者:刘于苇 阅读:
据统计,每年全球消耗的电池数量高达数十亿颗。大量的废弃电池给环境带来了巨大的污染,既然对电池的需求是刚需,如何在保障续航的前提下更好地实现技术的应用和升级,成为了大部分科技公司努力的方向。
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物联网(IoT)的发展让我们周围的电子设备越来越多,也导致对电池的需求越来越高,每个人都或多或少地购买过不同型号的电池。据统计,每年全球消耗的电池数量高达数十亿颗。大量的废弃电池给环境带来了巨大的污染,既然对电池的需求是刚需,如何在保障续航的前提下更好地实现技术的应用和升级,成为了大部分科技公司努力的方向。

“Atmosic希望用我们的技术来改变这个现状,颠覆电子产品的使用规律,让电池实现永久续航,甚至在一些特殊的环境和技术发展前景下,有朝一日能够实现无需电池。”谋思科技(Atmosic Technologies)首席执行官David Su博士说到,“而之所以选择蓝牙低功耗作为进入市场的敲门砖,是因为它有着非常巨大的市场前景以及发展潜力,在2023年全球将有35亿台的无线装机基数,其中蓝牙是最常见的一种互联解决方案。”

谋思科技(Atmosic Technologies)首席执行官David Su博士

三大核心技术实现永久续航

随着蓝牙5.0技术最新标准的发布,基于蓝牙的连接范围以及续航能力继续获得提升,蓝牙5.0的连接范围甚至已经与Wi-Fi相当。而按照研究机构ABI Research的最新统计数字,2023年蓝牙终端在消费及家庭用品、传感与数据传输等应用的全球市场规模将超过10亿美元。

Atmosic的产品和解决方案有三项核心的创新技术,适用于IoT设备以及应用场景。

首先是超低功耗,据Atmosic营销及业务拓展副总裁Srinivas Pattamatta介绍,Atmosic的超低功耗技术对比市面上其他竞争对手,可以实现5到10倍的功耗以及相关电源能耗的降低。比如市面上的蓝牙无线键盘、鼠标设备使用1到2年就要没电了,但是采用Atmosic解决方案,电池使用寿命可以直接延长到5-7年,基本上跨越了整个设备的生命周期。

谋思科技(Atmosic Technologies)营销及业务拓展副总裁Srinivas Pattamatta

第二项是射频唤醒技术,Srinivas表示,Atmosic对其芯片内的接收器做了专门的设置和调整,可以自动启动及关闭,运行频段从200Hz到220GHz不等。“由于设备在采用的时候都进行过射频信号的导入,基于不同的输入射频信号,CPM将会自动判断是否要把接收器打开或是激活。”而设备未使用的时候,则随时保持休眠状态。这一点对比时刻待机的设备,可以让功耗降低10至100倍。

第三项是可控的能量收集,结合超低能耗技术,离永久续航甚至无需电池的应用场景和能力又更近一步,同时可控能量收集适用不同的能量来源,包括射频、光能以及动能等。据David介绍,Atmosic自己的换能器已经集成在裸片上,通过这种方式来更好地实现控制,能源收集设计上采用900GHz的不同频段,只要你的射频收发频段和它不是百分之百一样,两者之间就不会有任何影响。

 

同时由于在物联网市场,低功耗蓝牙应用场景非常广,所以为了更好地辅助并且简化RF模块的设计,Atmosic为开发者提供了SDK和EVK,为客户提供参考框架以及参考解决方案,实现原型机和定制化方案的快速开发。

Atmosic蓝牙5.0产品的架构图

从这张产品架构图上,Srinivas进一步强调了Atmosic所设计的接收器,和之前市面上常见的蓝牙接收器是非常不同的。“我们接收器的射频唤醒功能是集中在一个模块上的,闲时整个模块都会处于休息的状态,而不像蓝牙设备要么开、要么关,只有两种选择。而究竟什么样的信号可以实现射频唤醒?可以通过自己编程自定义,不管通过自己的笔记本电脑还是其他设备、接入点,都可以对这个唤醒信号进行设置,无须两端都配备Atmosic的芯片。”

整体功耗比竞争对手低4倍

纵观整个IoT市场,机会很多,挑战也很多。

David认为,现在的IoT市场首先需要有低数据率长距离无线传输,而在长距离覆盖来讲,蓝牙5.0是IoT的理想解决方案;第二大挑战是给设备更换电池带来的成本上升,以及人力、物力的消耗,基于上述Atmosic的三大创新的解决方案,可以用非常低功耗的蓝牙解决方案实现电池使用寿命的延长;第三大挑战是数据都采用无线连接的情况下,都转用电池供电而不需要电源线了,这时候用到能量收集,可以弥补部分电量的损耗。

目前,Atmosic的产品管线下总共有两个系列的产品。M2系列解决方案可以提供超低功耗的蓝牙5.0的连接,同时也支持射频唤醒;M3系列解决方案在M2的基础上增加了可控的能量收集技术,可以进一步实现无需电池。

很多客户在采用M2解决方案后,又进一步在M3解决方案或者架构上进行更多的尝试。但不管初期仅选择M2或M3,还是后期决定升级M3都是可行的,因为M2和M3之间引脚兼容。

“M2解决方案并没有采用能量收集技术,但跟市面上一些主要竞争对手对比,我们的发射器(Tx)功耗低了超过2倍之多。同时,我们接收器(Rx)的功耗也比竞争对手低了将近6到7倍。”Davis说到,“如果针对每秒传输一次数据的蓝牙信标来讲,我们的功耗要比竞争对手低4倍。”

Tx和Rx能耗暴降的原因,Srinivas透露是因为采用了Atmosic独家的亚阈值逻辑,基本原理就是通过对供应电压的调整来更好地控制能耗的消耗,这种模式在模数混合下的环境调整效果就没有那么好了。“所以在我们的设计框架当中,调整的并不仅仅是供应电压,而是多维度、多参数的调节来实现对它的控制。包括电流信号的摆幅和整个架构的选择,来整体实现功耗的下降。”

“而在功耗降低的前提下,我们产品的灵敏度跟竞争对手相比只高不低。” Srinivas说到,“输出功率也至少可以保证在完全一致的水平,这就是我们在市场上一个非常独特的优势。”

David还介绍了两个最新的合作案例,其中TraceSafe是一家开发接触追踪的解决方案公司,他们开发的手环以及相关的物联网设备,非常适合现在整个疫情的大环境。与SMK的合作主要开发的是永久续航的摇控器,以及其他一些物联网模块。

最后David强调,为了更好实现永久续航以及无需电池,必须满足以下三个主要的条件:

  1. 超低功耗;
  2. 实时进行外界能量的收集,能量收集的来源可能是射频、光能、动能或者热能;
  3. 能量存储,可通过电容器、可充电电池或标准电池。

关于谋思科技

Atmosic™ Technologies是一家创新型无晶圆厂半导体公司,专注于设计和提供超低功耗无线技术的解决方案,旨在极大减少和消除设备对电池的依赖性,从而实现永久续航和无电池物联网的发展。专注于射频技术的Atmosic目前已成功研发三种创新技术­——超低功耗射频、射频唤醒和受控能量收集,以实现最低功耗,并彻底降低物联网应用对电池的依赖。

Atmosic M3无电池蓝牙5.0系统单芯片获得了2020年国际消费电子展(CES)嵌入式技术类最佳创新奖,Atmosic并被《电子工程专辑》评为2020年百强半导体初创公司。公司目前获得了三家领投机构的投资5050万美元,分别是Sutter Hill、Clear以及华登国际。

公司领导团队

Atmosic首席执行官David Su博士拥有超过30年的工程专业经验和丰富的无线技术知识。他和一群与其共事20多年的工程人员重新组建了Atmosic团队,团队的射频设计过去已将数十亿设备成功推向市场。David曾在创锐讯通讯(Atheros)的早期工程团队中担任模拟/射频工程副总裁,在2011年高通收购创锐讯通讯之后,担任高通工程副总裁。

David拥有斯坦福大学电机工程专业博士学位,并现任斯坦福大学电机工程咨询教授;他也是国际电机和电子工程师协会(IEEE)院士。

责编:Luffy Liu

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刘于苇
电子工程专辑(EETimes China)副主分析师。
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