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功耗陡降100倍!低功耗蓝牙市场再现创新者

时间:2020-09-04 作者:邵乐峰 阅读:
在蓝牙这个竞争极为激烈的市场里,如果没有真本事,就很难从中觅得脱颖而出的机会。美国硅谷公司新创公司Atmosic日前凭借超低功耗射频、射频唤醒和受控能量收集三项技术,实现了“其他竞争对手实现不了的超低功耗”目标。
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尽管根据蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group,SIG)发布的《2020年蓝牙市场最新资讯》显示,至2024年,全球蓝牙设备年出货量有望超过60亿,年复合增长率高达8%。其中,低功耗蓝牙技术以26%的年复合增长率成为增速最快的蓝牙无线电版本,2020年至2024年,低功耗蓝牙单模设备出货量累计将达到75亿,市场机会巨大。但一个不争的事实是,在这个竞争极为激烈的市场里,如果没有真本事,就很难从中觅得脱颖而出的机会。

然而日前在由ASPENCORE旗下EE Times发布的第20届半导体初创公司榜单Silicon 100中,一家名为Atmosic的美国硅谷公司赫然上榜,引起了业界的广泛关注。

低功耗蓝牙的创新,永无止境

作为一家创新型无晶圆厂半导体公司,Atmosic专注于设计和提供超低功耗无线技术的解决方案。官方资料显示,公司首席执行官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,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。而Atmosic则是由他和一群与其共事20多年的工程人员重新组建的全新团队,凭借在射频设计中独特的见解和专长,Atmosic成功研发了三种创新技术¬——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,继而实现永久续航和无电池物联网的发展。 

 

Atmosic的三种创新技术:超低功耗射频、射频唤醒和受控能量收集

据称,之所以给公司取名为Atmosic,寓意在于该单词可拆分Atmos和IC两部分,其中“Atmos”来自一款永久运转的钟,名为Atmos clock;“IC”代表集成电路,两者相加,是希望公司能够设计出让电池供电设备永久续航的芯片产品。

David Su日前在接受《电子工程专辑》专访时表示,公司成立之初对包括蓝牙、Wi-Fi、GPS、NFC等在内的无线技术进行选择时,有过“非常慎重地探讨和考虑”,而最终将蓝牙市场作为切入点,则是看中了蓝牙,尤其是低功耗蓝牙非常庞大的市场价值。“这一趋势至少在短期内不会发生任何变化。”他强调说。

Atmosic的蓝牙芯片基于蓝牙5.0标准开发,能够面向智能城市、智慧家庭、工业企业、医疗、汽车、个人等多个应用领域,其最大卖点在于“能够做到其他竞争对手实现不了的超低功耗”,Atmosic M3无电池蓝牙5.0系统单芯片还因此获得了2020年国际消费电子展(CES)嵌入式技术类最佳创新奖。

Atmosic的超低功耗蓝牙5芯片(来源:Atmosic)

在谈及目标市场时,Atmosic市场和商务开发副总裁Srinivas Pattamatta将中端市场列为公司需要首先聚焦的方向,“这与汽车市场的划分很类似,我们现在的定位非常清晰。”他将目前蓝牙市场上的主要竞争对手分为两类:一类是专门面向高端市场的,这些厂商甚至推出了拥有两个处理器的产品,产品也拥有大内存和多种功能,能够覆盖市场上的高端应用;另一类是专门面对低端应用市场,处理能力有限,且不支持长距离的传输。

但他同时也表示,低功耗的实现并不仅仅取决于处理器本身,还要考虑RF设计、信号传输等其它许多复杂因素,在未来面对信号处理高要求场景时,Atmosic会考虑将自身在射频和混合信号领域的优势,与先进制程工艺充分结合,去实现超低功耗目标。当然,如果低端市场成长迅猛,推出针对低端市场的技术和解决方案对Atmosic来说更是易如反掌。

目前,Atmosic已经在深圳设立办公室,并拥有销售团队。“其实David和我并不是中国市场的小白,我们早在1997年的时候就已经有中国市场和销售的经验了,也非常了解中国客户的痛点和实际需求。所以基于Atmosic技术,我们希望可以帮助他们去解决这些挑战,并打造出更加差异化的产品。”Srinivas Pattamatta说。

下一代蓝牙设备可能真的没有电池

Atmosic的M2系列解决方案符合蓝牙5标准,并具备低功耗无线电与随需求唤醒技术,能带来10-100倍的省电。该公司的M3系列方案则又添加了受控能量采集技术,支持可确保电池寿命或是永远免换电池的运作。数据显示,Atmosic蓝牙芯片的功耗可以做到竞品的四分之一,而这还是在其传统设计下取得的能耗效果,如果配合公司独有的唤醒技术,功耗效果将更为出色。

Atmosic蓝牙芯片的功耗可以做到竞品的四分之一

与传统的亚阈值技术不同,Atmosic在设计中采用了多维度动态调整技术来降低芯片功耗。对此,David Su解释说,一般的亚阈值技术对能量供应的影响,主要由供电电压决定的,但在实际应用场景中,并不能随时满足这种理想的状况。也就是说,多维度动态调整技术关注的不仅仅是电压,而是把更多的其他参数,例如电流、电阻、电容、频率等都纳入考虑范畴,通过对其他变量的调整,在一定程度上去补偿现实场景中“供应电压”不等于“信号传输电压”的情况。

为了进一步降低功率,Atmosic设计了一种让发射器尽可能经常处于睡眠模式的方法。但他们并不是以毫瓦(mW)级的成本发射信标,而是让接收者听候启动指示。打个比方,这就好比是为RF提供两套“耳朵”:一套提供最低级别的无线电监听,以非常省电的“有意识”状态收听感知传入的传输;另一组通常会处于深度睡眠状态,只有在负责监听的“小伙伴”提醒有传入信号传输时才醒来。这就避免了无谓的功耗浪费。

当新系统启用时,这款芯片能以几毫安(mA)的能量运行,而其嵌入式RF能量采集器则可产生所需的这些能量。目前,能量采集器能以30-50%的转换效率,将来自天线的输入RF能量转换为直流(DC)电源,并支持从900MHz至2.4GHz的广泛频段,而仅产生低至50dB的路径损耗。软件方面,David Su透露称,全部软件堆栈均获得了CEVA授权,研发团队花费一年左右的时间对软件进行定制化开发,以适应低功耗应用环境。在交付硬件解决方案的同时,SDK工具包、RF射频唤醒开发工具等软件方案,也会同步交付开发者。

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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