1、“微”能量采集的“大”用途超大規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)市場帶動了對于傳感器應用的巨大需求，這些無線傳感節(jié) 點（WSN）需要完成數(shù)據(jù)的采集、存儲和傳輸。隨著IoT應用遍地開花，越來越 多的WSN將投入使用。由此也產(chǎn)生了一系列問題：什么樣的WSN能夠滿足IoT 未來的發(fā)展需求？在強調(diào)節(jié)能環(huán)保的今天，如何實現(xiàn)系統(tǒng)的低功耗運行？WSN帶動微能量采集技術(shù)大規(guī)模應用根據(jù)On World 2014年的市場調(diào)查，WSN器件將從2015年的50億個增長到 2020年的500億個以上。它們與互聯(lián)網(wǎng)上的服務器進行通信，它們負責監(jiān)測樓 宇、設備或環(huán)境狀態(tài)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳，在整個IoT應用中的作用舉足輕重。 那么，何謂成功的WS

2、N系統(tǒng)？首先要解決供電問題。采用電力線供電成本昂貴，且隨著WSN節(jié)點的增多， 鋪設太多的線路也變得不切實際；如果采用電池供電，就需要定期更換電池，人 工成本很高，且在很多應用場合，電池供電也存在一定的安全隱患?；谶@兩方面限制，有些設計開始采用光伏板為WSN供電，從而實現(xiàn)低功耗 的能量收集系統(tǒng)（EHS）。但是，有些WSN的設置場所有尺寸限制，制約了光伏 板面積和輸出功率；而有些WSN的設置地點得不到足夠的光能，因此制約了向 EHS負載的供電功率以及能量收集PMIC的啟動。正是這兩方面限制因素，使得微能量采集技術(shù)煥發(fā)出了全新的魅力，它可以 使WSN具備自我供電能力，且能被安置在任何地方場所，壽命

3、長達十年以上，能 夠保證部署和維護成本的最小化。如何設計一款優(yōu)秀的能量收集供電WSN ?設計一款優(yōu)秀的能量收集供電WSN面臨哪些技術(shù)挑戰(zhàn)？它需要高度的模擬 技術(shù)，昂貴的低靜態(tài)電流模擬芯片，并且需要非常仔細地設計能量收集、轉(zhuǎn)換以 及存儲，計算隨時變化的EHS負載，要求靈活的低功耗芯片去執(zhí)行EHS負載的傳 感、處理以及通信功能。賽普拉斯（Cypress）半導體最近推出了一系列單芯片能量收集電源管理集 成電路（PMIC），可用于IoT中太陽能供電的微小無線傳感器。新器件號稱具有 全球最低的功耗，可使用面積僅有1cm2的太陽能電池板。同時推出的還有一款49美元的開發(fā)套件，其中包括了一個用于低功耗藍牙

4、連接的EZ-BLE PRoC模塊，從而為這一新系列中的S6AE101A PMIC配套提供了完 整的免電池能量收集解決方案。Cypress通過將光伏板、S6AE101A PMIC以及 EZ-BLE PRoC三層疊加的形式，實現(xiàn)了 1cm2光伏板供電的WSN樣機。據(jù)Cypress資深市場工程師李冬冬介紹，WSN的布設可能會有尺寸及 可獲 得的光能量限制，因而對太陽能模塊的尺寸和功率輸出以及能量收集PMIC的啟 動功耗有所限制。Cypress最新的能量收集PMIC器件成功地應對了這些挑戰(zhàn)， 其啟動功耗僅為1.2uW，比最強的競爭方案低4倍，并且工作電流可低至250nA， 從而將目標應用中用于傳感、處

5、理和通訊功能的功率最大化。完全通過認證的小 尺寸EZ-BLE PRoC模塊基于Cypress的PRoC可編程片上射頻解決方案，可配合 PMIC器件，共同構(gòu)成低功耗、易用型能量收集系統(tǒng)解決方案。箏事型光伏糧，1WQ ux（Ik）1使用Wtfti斯59山E 21A能置收樣 FMIC方案.撤成用伏振岬 加N樣機S6AE101A單芯片能量此賣PMIC1 cmS6AE101A能量收集PMIC目前處于樣片階段，計劃今年第四季度實現(xiàn)量產(chǎn)。 此外，結(jié)合Cypress在線的仿真工具Easy DesignSim，可以驗證能量收集系統(tǒng) 的設計，它可提供材料清單、電路圖和目標應用中感應、處理、通訊功能所消耗 的功耗。

6、這款仿真工具能夠快捷地將收集到的能量與系統(tǒng)所需的能量進行驗證，甚至根據(jù)設計好的電路跑一個原理圖，就可以進行打板，堪稱省時、省力。Easy國辿閣inmisit工畦毗優(yōu)板供電EHS設汁2監(jiān)入蓄電電官清艮PMIC的甥入度出電在3.輸入EHS黃瓠每一氐1的 平均弓流；rrA)和時向 (ms)RwiullaTHkpEfwnr T4n toifMJt r ma心g BeHhJPm#TH Enom* F HroiStqiTWw2dii iMap|Lh Cf&IMI W d:McpTWm撲倡 jfk鼻Fuwbwiri fttfbtl FimiyikMn ruw1M m E事 l.fiikimmi-l-wiEi

7、arvwiA3JJ-mL*FLHA ch ibJijvtti nHib 3U，J JUiimJjT onT舟-HLEi? WlJ4.確認j吉史：!如果Syslem lijndionai Jnitial Pass! 顯示OK,井且重,謹 憎次妝詁到設定值，則 EH2可正掌工作5.點擊.CiutpW 物ItageHot插皇舸認PMIC牧愉出人于系玲變來的至于具備哪些特征才能稱得上是一款優(yōu)秀的能量收集方案？李冬冬表示：“將系統(tǒng)運行的功耗降到足夠低的程度，能夠充分利用能量采集維持運轉(zhuǎn)，簡單、 易于設計，且具備十年以上的運行壽命，這樣才是一款有競爭力的產(chǎn)品Cypress 最新的芯片具備低功耗、高集成度的

8、特征，結(jié)合低功耗藍牙連接的EZ-BLE PRoC模塊以及在線設計工具能夠滿足上述需求?！蹦芰坎杉疨MIC如何實現(xiàn)低功耗,高集成度？如前所述，Cypress最新的能量采集PMIC在靜態(tài)電流、啟動功率方面都優(yōu) 于競爭對手，實現(xiàn)了超低的功耗，并具備極高的集成度。據(jù)李冬冬介紹，Cypress自2012年進入能量采集市場后，一直在不斷優(yōu)化產(chǎn)品架構(gòu)和性能。以最新的S6AE101A為例，Cypress突破性地集成了電力門控 開關(guān)和多路復用。這主要因為競爭對手是通過DC/DC的方式來進行實現(xiàn)的，而 Cypress卻采用了線性的芯片架構(gòu)，因此更容易進行集成。他進一步解釋，考 慮太陽能的特性，太陽能面板的輸出值雖

9、然變化，但變化很微弱，并不需要DC/DC 整流，因此可用線性的多路開關(guān)來實現(xiàn)。這樣帶來的好處是更易于集成、成本 更低。傳統(tǒng)方案中，負載傳感器、RF都不是完全關(guān)斷的，而即使是休眠狀態(tài)也在 消耗能量。在能量采集方案中，由于收集到的能量本身就很微弱，因此需要非 常細致地進行優(yōu)化，將不工作的傳感器和RF關(guān)斷，只有在能量存儲到一定過程 中再將它們啟動。這個過程可通過MOS管進行控制，通過 比較器來判定啟動值， 將這兩部分集成可以使系統(tǒng)設計更加簡化。這款PMIC芯片可用于太陽能與電池 結(jié)合的方案中，其內(nèi)部已經(jīng)做好了時序控制電路，支持多路復用。能量采集供電WSN未來有哪些應用場景？借助能量采集供電的傳感器以

10、及其周圍的IoT網(wǎng)絡，可以在任何地方安裝傳 感器來進行全方位監(jiān)視，目前主要的應用場景包括智能樓宇、智能家居以及工廠自動化。用途則五花八門，可以監(jiān)控家庭溫濕度變化，根據(jù)室內(nèi)環(huán)境判斷什么 時候開燈；或是進行道路、橋梁、鐵軌的檢測，來保證行車安全；或是用于工 廠中的安全監(jiān)控，傳統(tǒng)上都是人工測量溫度、粉塵等參數(shù)，現(xiàn)在可以通過傳感器 實現(xiàn)自動偵測，避 免安全隱患；或是醫(yī)療應用中，為植入式電子設備提供能量。工廠自函【必世浙時5宓迥工I的排韭UIH宅后晝事呵引，ie監(jiān)匙童at.找既，柱宅扯*Cypress自2013年推出第一顆能量收集PMIC以來，目前產(chǎn)品線已擴展至包 括光能、動能、熱能在內(nèi)的多系列產(chǎn)品。在

11、日本也有了成功的應用案例：在東京 機場、大阪機場的500個WSN中，為旅客推送航班信息；用于千葉市永旺購物 中心的100個WSN中，為顧客推送購物信息。李冬冬表示，IoT其實并 不像想象中的那么遙遠，已經(jīng)從很多方面切實地 走進了我們的生活中。以前很多行業(yè)還只處于搭建基礎設施的階段，但是下一步 都需要添加IoT應用。中國正處于IoT大發(fā)展的時代，順應這個趨勢，能量采 集恰好處于合適的時間點，并且會進一步推動IoT市場的發(fā)展。嘩*更罪也牲ITEGJ早冊更7掘醞直迎再m場朝由于目前太陽能采集技術(shù)應用較多，因此Cypress最新推出的S6AE101A/102A/103A都是配合太陽能能量收集的PMIC產(chǎn)品。這三款產(chǎn)品屬 于 同一個家族，它們針對不同的應用場景進行了功能區(qū)分：其中101A用于可穿戴 設備和住宅，功耗最低、功能較為簡單；102A增加了 LDO,可用于樓宇中更為 精準的傳感器中；103A在102A的基礎上又增加了定時器功能，支持更復雜的判 定場景。如果一個傳感器僅僅能夠采集大量的數(shù)據(jù)而無法將這些數(shù)據(jù)或基于數(shù)據(jù)所 做的決策傳輸出去，這樣的傳感器是毫無意義的。那么，對于下一代IoT應用來 說，什