續航困擾難解，能量采集技術突破有望實現設備無電池續航

電子發燒友網報道（文/李寧遠）提高續航，是現在各種電子設備都在聚焦發展的方向。手機如何提高續航能力、可穿戴設備如何提高續航能力、電動汽車如何提高續航能力等等話題都圍繞著減少電子設備功耗提高續航時間展開。

相較之下，對于功耗、續航時間要求最嚴苛的無疑是物聯網設備。解決物聯網設備的續航問題，甚至實現無需電池的永久續航成為當下的熱門技術方向。

能量采集與無電池續航，減少物聯網設備對電池的依賴

物聯網終端市場的快速發展是有目共睹的，根據物聯網分析機構IoT Analytics發布的數據，2021年全球物聯網設備規模達到了122億臺，2022年全球物聯網設備規模則在145億臺左右，預計到2025年全球物聯網設備規模將達到270億臺。

數以百億計的物聯網設備，絕大多數都需要使用電池供電，如果能解決續航問題甚至實現無需電池的永久續航，其前景無疑是巨大的。

在這條技術方向上，想要實現超長續航和永久續航，離不開三個核心的創新技術——超低功耗射頻技術、射頻喚醒技術以及受控能量采集技術。超低功耗射頻技術、射頻喚醒技術用于降低設備功耗并控制低功耗模式。受控能量采集技術用于收集環境中的能量，是實現永久續航和無電池續航的關鍵。

超低功耗射頻技術和射頻喚醒技術很好理解，一個實現功耗的降低，一個用于精準控制設備休眠狀態和喚醒狀態，本質上都是從功耗著手盡可能做低。而受控能量采集技術，是相對更為創新的一項技術。

對于電子產品來說電源無疑就是所有“動力”的來源，很難想象沒有電源的支持如何使設備內的芯片、器件正常工作，但這項技術想要實現的就是去外部電源化。簡單來說，去外部電源化就是在沒有外部電源的情況下，物聯網設備依然能借助某種方式采集能量繼續實現功能，該技術的應用能減少物聯網設備對電池的依賴。

無電池續航中的三大核心技術

超低功耗射頻是大家很熟悉的一項技術，在物聯網設備里已經應用得相當廣泛。一些平常生活中隨處可見射頻技術都在不斷擴大其連接范圍并提高續航時間，藍牙肯定是其中別具代表性的一項技術。

專注于物聯網超低功耗無線技術和能量采集的Atmosic就是選擇了藍牙技術作為突破口，基于藍牙5.0技術繼續提高其具體連接的范圍以及續航的能力，將藍牙的連接范圍提升到Wi-Fi相對應的水平，功耗上則進一步做了優化，實現了5到10倍的功耗降低。另一家超低功耗射頻技術廠商HaiLa則把突破口放在超低功耗Wi-Fi芯片上，運用了名叫反向散射通信的技術手段，目前也在推進商業化進程。

射頻喚醒技術用于精確控制設備的休眠與喚醒，更精準的控制能夠減少接收端射頻處于接收狀態的時間，盡可能讓設備處于休眠模式以更低的設備整體功耗運行，前提是保證設備能正常接收。很多SoC中都有類似的功能，該功能也不斷在被優化。

能量采集技術，不僅僅是為永久續航、無電池續航鋪平道路，如果能在設備內部元件間去掉節點電流，整個電路結構會更緊湊、系統電路設計也會大大簡化。以前在傳感器應用中有一些類似的技術，在節點能量收集圍繞振動、應變、溫度和光來做文章。

但一般這種傳統的環境能量采集通常面臨電量微弱的特點，隨著模擬半導體技術的進步越來越多的能量采集解決方案實現了更高效率的能量收集。

無電池續航與能量采集

超低功耗射頻技術和射頻喚醒技術的目標是為了盡可能降低功耗提高物聯網設備續航時間，真正未來實現無電池續航的技術突破口還是在能量采集技術上。讓物聯網終端的網絡節點無需外接“能量源”，采用獲取環境能量進行供能才能徹底解決供電問題。

在無外部電源供電的情況下，擺在能量采集技術面前的有幾大難題，其一能量的采集和環境狀態是密切相關的，外部環境的變化會影響到環境能量的穩定性影響到能量的采集；其二采集到的能量能否有效儲存起來滿足設備運行的需求。因此高效地能量采集和管理技術是實現無電池續航的重點。

能量采集技術領域知名的Atmosic走的是射頻能量采集路線，目前Atmosic的能量采集單元通過CMOS工藝集成到芯片上。為了在很低的環境能量狀態下進行工作，該能量采集單元有極快的冷啟動速度。

內部冷啟動后，調節器開始在電壓跨度可能極大的范圍下工作。這種能量采集單元要能在μW到mW范圍內對采集到的能量進行高效的轉換，同時自身的工作損耗不能超過亞μW級，才能支持其電能自足的物聯網設備節點。

為了避免采集射頻能量時發生干擾，Atmosic在設計能源收集的時候特地選擇了900MHz的不同頻段，同時也可以采用新的頻段的方式規避可能會產生的信號干擾。

國內廠商今年在能量采集芯片上也有進展，此前飛英思特科技正式公布旗下首款環境微能量采集與管理芯片，該款芯片是目前國內少有的能量采集與管理芯片，填補了市場空白。該芯片同樣能以射頻能、溫差能、微光能、振動能等環境中常見能量為采集目標，高集成度讓該芯片能利用冷啟動、儲能管理等模塊高效利用采集到的能源為電路提供穩定的輸出。

安世半導體去年收購了一家能量采集電源管理芯片Nowi，未來可能會有相關能量采集芯片問世。英集芯此前也表示將針對物聯網領域會深耕低功耗和無線通信技術，推出能量采集芯片。

還有一條類似的技術路線，同樣是能量采集，但是是NFC能量采集。NFC能量采集更準確的形容應該是NFC無線取電技術。它和上面這些是區別的，不能采集環境微能量，只能通過NFC射頻獲取能量，不過它同樣可以實現物聯網設備去外部電源化，但限制在于該物聯網設備必須具有NFC接口且只能在NFC功能啟用時獲取射頻能量。國內廠商啟緯科技的TurboNFC技術在這條路線上很領先。

寫在最后

在物聯網設備數量大爆發的背后，是全球每年消耗的數十億計的電池。而電池的供電方式，普遍存在續航短的問題，需要定期更換電池/充電才能維持設備運轉。超低功耗技術一直都在升級，不斷降低物聯網設備的功耗，延長其續航時間，這一領域還會不斷取得突破。

更令人期待的是未來能量采集技術的突破，該技術指引了新的物聯網設備的發展方向。假以時日，高效能量采集和電源管理技術加持下的物聯網設備實現無電池的永久續航可能不再是空想。