NUS研究人員發(fā)明了一種低成本的“無電池”喚醒定時(shí)器，可將IoT傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗降低1000倍，從而有助于持久運(yùn)行。喚醒定時(shí)器嵌入在測試芯片中，并置于更大的封裝中（由兩個(gè)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）的綠色I(xiàn)C研究小組的研究人員發(fā)明了一種低成本，無電池喚醒定時(shí)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(diǎn)。NUS團(tuán)隊(duì)新穎的喚醒計(jì)時(shí)器首次展示了功耗降至真正的picW范圍（比智能手表低10億倍）的成就。

“我們開發(fā)了一種新穎的喚醒定時(shí)器，該定時(shí)器可在picoWatt范圍內(nèi)運(yùn)行，并將很少活動(dòng)的IoT傳感器節(jié)點(diǎn)的功耗降低了1000倍。作為獨(dú)特性的一部分，我們的喚醒定時(shí)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1000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�！眹�大工程學(xué)院電氣與計(jì)算機(jī)工程系的負(fù)責(zé)人Massimo Alioto副教授說。

這項(xiàng)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(dòng)智慧城市和智慧生活的實(shí)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，微型化硅芯片傳感器，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(diǎn)是包含一個(gè)或多個(gè)傳感器以及用于數(shù)據(jù)處理，無線通信和電源管理的電路的單個(gè)小型系統(tǒng)。為了保持較低的功耗，它們大多數(shù)時(shí)候都處于睡眠模式，并且喚醒定時(shí)器用于觸發(fā)傳感器執(zhí)行任務(wù)。由于大多數(shù)時(shí)間都處于開啟狀態(tài)，因此喚醒計(jì)時(shí)器可設(shè)置IoT傳感器節(jié)點(diǎn)的最低功耗。它們?cè)诮档推�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(diǎn)中喚醒計(jì)時(shí)器的功耗�！霸诘湫偷霓k公室照明條件下，我們新穎的喚醒定時(shí)器可以由一個(gè)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(jí)的電池維持?jǐn)?shù)十年， ” Alioto副教授解釋道。

這項(xiàng)技術(shù)突破在2018年夏威夷檀香山舉行的VLSI技術(shù)和電路專題研討會(huì)上公開發(fā)布，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(duì)的創(chuàng)新picoWatt范圍喚醒定時(shí)器由于對(duì)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(shí)器還可以繼續(xù)操作，即使沒有電池可用且在非常稀缺的環(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(duì)的喚醒定時(shí)器可以使用非常小的片上電容器（半微微法拉）實(shí)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。

“總體而言，這一突破是通過電路創(chuàng)新通過系統(tǒng)級(jí)簡化來實(shí)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IoT節(jié)點(diǎn)的外形。這將有助于實(shí)現(xiàn)價(jià)格低廉，毫米級(jí)的終極愿景。該部門的客座研究員Orazio Aiello博士說：“可以擴(kuò)展并最終實(shí)現(xiàn)無電池的傳感器節(jié)點(diǎn)�！�

下一步

該小組目前正在對(duì)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(shí)，最終目標(biāo)是構(gòu)建完整的無電池片上系統(tǒng)。這將是實(shí)現(xiàn)全球物聯(lián)網(wǎng)愿景的重要一步。