无需外部电源的传感器供电问题如何解决？

要问传感器的发展趋势，低功耗、微型化、智能化这些大家都能说出来，而且或多或少能从传感器的实际应用中感受到这些趋势带来的变化。相较于这些很明显的发展趋势，传感器的去外部电源化的趋势反而不算起眼。
 
可能是因为在现实生活中我们习惯了电的存在，去外部电源的发展带来的改变并不能让我们的感受很强烈。在这一趋势发展之前，对于电子产品来说电源无疑就是所有“动力”的来源，很难想象没有电源的支持如何使传感器内的芯片、器件正常工作。
 
去外部电源化趋势改变传感器供电的方式
 
简单来说，去外部电源化的传感要实现的就是在没有电源的情况下，传感器依然能借助某种方式采集能量完成传感工作。这是与传统传感收集能量方式完全不同的地方。需不需要外接电源本身就是很模糊的一套说法（例如电感式传感、电阻应变传感同样是无源传感），我们这里所说的是能实现传感器在没有外接电源下实现能量采集并有效利用。
 
在传统传感器的设计中，传感器节点的供电问题一直是系统设计中的重点。在低功耗、微型化、智能化的发展趋势下，节点的供电问题再次被放大。如果能在传感器内部元件间能去节点电流，那么其结构会更紧凑、系统威廉希尔官方网站 设计也会大大简化。
 

（TOSHIBA无源传感芯片）

 
以最被大家熟悉的红外传感为例，无需外接电源供电的红外传感会根据预先设定好的光谱波长要求来检测其收到的光信号，并将接收到的光信号转换为电能。此时，元件内部两个电触点会产生导电通道，从而开启并持续为传感器的运作供电。这种持续供电的循环是这种发展趋势下传感器理想的状态。
 
环境能量采集电量微弱如何解决？
 
上面所说这种理想状态其实不太容易达到，这种偏传统的环境能量采集通常都会面临采集到的电量微弱的难题。想要实现持续供电循环的困难，办法也有不少。随着模拟半导体技术的进步，越来越多的能量采集方案的出现使得传感器在设计上可以较为容易地实现这种高效率的能源管理。
 
这种针对传感器发展中采集电量微弱痛点的能量收集IC可以为传感器收集到的能源提供高效率转换至稳压电压。对有限的采集到的能量进行高效转换是传感器对此类IC最直接的要求。
 

（集成能量采集PMU的ATM3系列，Atmosic）
 

在PV电池能量采集以及具备能量采集功能的传感器上，能量采集PMU应用得很广泛。能量采集PMU必须要能在很低的环境能量状态下进行工作，这要求其有极快的冷启动速度。内部冷启动后，调节器开始在电压跨度可能极大的范围下工作。这种能量采集PMU要能在μW到mW范围内对采集到的能量进行高效的转换，同时自身的工作损耗不能超过亚μW级，才能支持起电能自足的传感器节点。
 
NFC也成去外部电源发展一大助力
 
NFC的无线充电功能与物联网传感器的去外部电源发展极为匹配，成为推动传感器发展的一大助力。较为有代表性的是启纬科技的TurboNFC无线能量采集技术，简单来说，传感器通过NFC从传入的射频辐射功率传感器接口和射频传输获取能量。这种取电技术和NFC的无线充电有异曲同工之妙。
 

（TurboNFC，启纬科技）

 
无线取电目前高采集效率在300mW左右，取电能力的高低会直接影响传感器的效率，300mW对于小型的传感器应用还是应付得过来的。但和NFC无线充电一样，现阶段这些技术在可行性上没有问题，但是离商业化大规模铺开应用还有一段距离。毕竟目前这种功率这种效率的能量采集还不足以支持传感器完全摆脱电源的限制，但不可否认这种取电技术让传感器去外部电源多了一种发展的可能性。
 
写在最后
 
完全没有外部电源支撑的传感器内的芯片、器件能够正常工作，已经不再是一个不可实现的想象。多种能量采集方式的结合将提高不同条件下传感器收集能量的能力，各种功能的去外部电源化的传感器在各个领域已经开始大显身手。