【導讀】為了進一步提升物聯網技術在各行業的滲透率
，超低功耗、極小尺寸和更低成本是後續物聯網方案設計的核心訴求。在功耗方麵，對於免電池設計或者極低頻次更換電池的物聯網方案，傳統的MTC/NB-IoT以及現階段流行的RedCap等物聯網技術都已經無法滿足需求，零功耗通信技術被寄予厚望
，被定義為下一代物聯網通信技術。

下一代物聯網通信

為了進一步提升物聯網技術在各行業的滲透率
，超低功耗

、極小尺寸和更低成本是後續物聯網方案設計的核心訴求。在功耗方麵，對於免電池設計或者極低頻次更換電池的物聯網方案
，傳統的MTC/NB-IoT以及現階段流行的RedCap等物聯網技術都已經無法滿足需求

，零功耗通信技術被寄予厚望，被定義為下一代物聯網通信技術。

零(ling)功(gong)耗(hao)通(tong)信(xin)技(ji)術(shu)屬(shu)於(yu)能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)技(ji)術(shu)中(zhong)的(de)一(yi)種(zhong)
，是(shi)射(she)頻(pin)能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)和(he)低(di)功(gong)耗(hao)物(wu)聯(lian)網(wang)的(de)融(rong)合(he)。從(cong)工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)來(lai)看(kan)，零(ling)功(gong)耗(hao)通(tong)信(xin)技(ji)術(shu)使(shi)用(yong)射(she)頻(pin)能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)、反fan向xiang散san射she和he低di功gong耗hao計ji算suan等deng關guan鍵jian技ji術shu，通tong過guo采cai集ji空kong間jian中zhong的de無wu線xian電dian波bo獲huo得de能neng量liang以yi驅qu動dong終zhong端duan工gong作zuo，因yin此ci零ling功gong耗hao通tong信xin終zhong端duan可ke不bu使shi用yong常chang規gui電dian池chi。而er在zai這zhe套tao係xi統tong中zhong，射she頻pin、傳感
、控製等器件分別承擔著不同的使命，是構建零功耗通信方案的關鍵。在貿澤電子網站上，擁有來自不同廠商的、品類豐富的
、可用於零功耗通信的元器件供大家選擇。

圖1：零功耗通信係統框圖

（圖源：OPPO）

零功耗通信對射頻和係統的要求

根據OPPO發布的《零功耗通信白皮書》，零功耗通信方案設計主要分為兩個部分

，其一是網絡設備；其二是零功耗物聯網終端。如上所述

，零功耗物聯網終端又分為能量采集
、反向散射通信和低功耗計算係統三個部分。

圖2：反向散射通信基礎電路

（圖源：OPPO）

零功耗通信利用終端獲得的外部能量驅動終端進行工作，能量源包括藍牙、Wi-Fi、手機信號等
，也就是我們常說的射頻能量采集。互聯網和物聯網先後普及讓我們生活中充滿了射頻能量，它們可能來自手機、基站，甚至是來自衛星。如果我們能夠將這些能量收集並儲存
，就可以為廣泛存在的物聯網設備供電。

對於射頻能量采集有兩項指標非常重要：

首(shou)先(xian)是(shi)射(she)頻(pin)能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)器(qi)需(xu)要(yao)有(you)一(yi)個(ge)足(zu)夠(gou)寬(kuan)的(de)工(gong)作(zuo)範(fan)圍(wei)，包(bao)括(kuo)輸(shu)入(ru)功(gong)率(lv)和(he)輸(shu)出(chu)負(fu)載(zai)電(dian)阻(zu)的(de)變(bian)化(hua)
，這(zhe)樣(yang)射(she)頻(pin)能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)係(xi)統(tong)就(jiu)能(neng)夠(gou)適(shi)應(ying)多(duo)頻(pin)帶(dai)或(huo)寬(kuan)頻(pin)帶(dai)範(fan)圍(wei)
，並(bing)且(qie)支(zhi)持(chi)自(zi)動(dong)頻(pin)率(lv)調(tiao)諧(xie)的(de)射(she)頻(pin)能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)電(dian)路(lu)；

其(qi)次(ci)是(shi)低(di)漏(lou)電(dian)流(liu)的(de)能(neng)量(liang)存(cun)儲(chu)技(ji)術(shu)，係(xi)統(tong)采(cai)集(ji)的(de)能(neng)量(liang)經(jing)過(guo)倍(bei)壓(ya)器(qi)或(huo)者(zhe)多(duo)倍(bei)壓(ya)器(qi)轉(zhuan)變(bian)為(wei)直(zhi)流(liu)電(dian)，然(ran)後(hou)儲(chu)存(cun)到(dao)儲(chu)能(neng)電(dian)容(rong)裏(li)，需(xu)要(yao)采(cai)用(yong)高(gao)電(dian)容(rong)率(lv)且(qie)低(di)漏(lou)電(dian)流(liu)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)
，隻(zhi)有(you)漏(lou)電(dian)流(liu)遠(yuan)遠(yuan)小(xiao)於(yu)收(shou)集(ji)的(de)能(neng)量(liang)，這(zhe)些(xie)采(cai)集(ji)來(lai)的(de)能(neng)量(liang)才(cai)有(you)可(ke)能(neng)會(hui)被(bei)用(yong)到(dao)。

集中儲存起來的能量最終被用於設備運轉
，這些設備有時候也會采取零功耗（ZP）的設計理念——當設備處於待機狀態時，係統的輸入電流會被降至一個非常低的水平。當然，現階段的低功耗技術已經不限於“零功耗”，連續工作的能效水平也已經很高。在這方麵，無線SoC起到了表率作用。

無線SoC由兩個主要的係統組成，一個是無線收發係統
，還有一個是CPU子係統。無線收發係統一般由基帶數字信號處理器
、模擬前端
、RF收發器和集成功率放大器組成，主要用於支持各種無線通信協議

，比如藍牙、Wi-Fi

、ZigBee等。為了能夠降低設備在通信過程中的能耗，幾乎每一種無線通信協議

，包括一些2.4GHz專有協議，在協議更新的過程中都把低功耗技術作為必要的更新內容，比如業界廣為人知的藍牙低功耗技術。

相應的，作為內部的控製和處理單元，無線SoC中的CPU子zi係xi統tong也ye會hui進jin行xing很hen多duo降jiang低di功gong耗hao的de處chu理li，以yi求qiu在zai保bao持chi係xi統tong性xing能neng的de前qian提ti下xia，消xiao耗hao盡jin可ke能neng少shao的de能neng量liang。對dui於yu零ling功gong耗hao通tong信xin係xi統tong而er言yan
，一yi般ban要yao做zuo到dao的de就jiu是shi在zai需xu要yao的de時shi候hou啟qi動dong係xi統tong
，當dang任ren務wu完wan成cheng後hou，由youCPU子係統控製整個係統進入“零功耗”模式。

這裏我們來看一個具體的例子，這款器件來自Nordic Semiconductor，是一款多協議2.4GHz SoC，貿澤電子官網上該器件的料號為nRF52840-QIAA-T，大家可以通過搜索此料號迅速找到這顆器件。

圖3：nRF52840多協議2.4GHz SoC

（圖源：貿澤電子）

nRF52840主打超低功耗和高度靈活兩大優勢，非常適用於短距離無線應用。該器件支持Bluetooth 5/低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy)、802.15.4/Thread
、ANT/ANT+以及2.4GHz專有協議，用戶可以在這些協議中靈活地選擇
，也可以借助器件提供的動態多協議特性實現並發Bluetooth 5和Thread無線連接。

nRF52840在無線連接方麵還擁有一個獨特的設計，器件具有片上NFC™-A標簽支持。也就是說，方案設計可以通過NFC Type 2和Type 4標簽仿真協議棧來進行OOB配對
，簡化了現有藍牙配對認證的過程，極大改善了用戶體驗。

在CPU子係統方麵
，nRF52840采cai用yong電dian源yuan和he資zi源yuan管guan理li，能neng夠gou顯xian著zhu提ti升sheng係xi統tong能neng效xiao水shui平ping。比bi如ru該gai器qi件jian所suo有you外wai設she均jun具ju有you獨du立li的de自zi動dong化hua時shi鍾zhong和he電dian源yuan管guan理li功gong能neng，以yi確que保bao在zai任ren務wu操cao作zuo不bu需xu要yao時shi關guan閉bi電dian源yuan

，進jin而er降jiang低di係xi統tong能neng耗hao
，並bing且qie這zhe不bu需xu要yao應ying用yong程cheng序xu執zhi行xing和he測ce試shi複fu雜za的de電dian源yuan管guan理li方fang案an；該器件具有自動化和自適應電源管理功能的全麵係統

，從電源切換到外設總線/EasyDMA存儲器管理進一步細化了係統的能耗管理
；無需外部穩壓器，可在1.7V至5.5V的電源電壓範圍支持一次側和二次側電池技術以及USB直接供電。

圖4：nRF52840電源管理係統框圖

（圖源：Nordic Semiconductor）

超低功耗和高度靈活的特性，讓nRF52840可以幫助開發人員將低功耗物聯網技術帶到更廣泛的應用領域，比如傳統物聯網應用中的智能家居傳感器和控製器、工業物聯網傳感器和控製器等。當然，開發人員也可用這款器件開發交互式娛樂設備或者高級可穿戴設備，包括高級遠程控製、遊戲控製器、先進的個人健身設備、具有無線支付功能的可穿戴設備以及虛擬/增強現實應用等。

零功耗通信重塑MCU供電模式

綜合《零功耗通信白皮書》等多方麵報告來看，零功耗通信技術經過初期的發展
，目前已經滲透到多個物聯網領域中，包括物流倉儲、資產管理
、智能家居
、智能可穿戴
、醫療健康、智慧能源等。在這些係統中，MCU依然是係統的核心，負責整個係統的調度。

下圖是一種典型的MCU框架圖，其主要的構成包括CPU係統

、總線邏輯控製單元、時鍾控製單元、儲存單元
、外設接口
、定時器/計時器以及中繼係統，這些功能單元均由總線進行連接。

圖5：MCU基本組成框圖

（圖源：貿澤電子）

隨著零功耗通信技術在物聯網的滲透
，MCU的(de)設(she)計(ji)也(ye)在(zai)發(fa)生(sheng)著(zhe)改(gai)變(bian)，包(bao)括(kuo)使(shi)用(yong)更(geng)低(di)功(gong)耗(hao)的(de)內(nei)核(he)

，以(yi)及(ji)針(zhen)對(dui)性(xing)開(kai)發(fa)多(duo)種(zhong)省(sheng)電(dian)模(mo)式(shi)

，最(zui)終(zhong)的(de)目(mu)標(biao)是(shi)實(shi)現(xian)免(mian)電(dian)池(chi)設(she)計(ji)。當(dang)然(ran)，現(xian)階(jie)段(duan)由(you)於(yu)射(she)頻(pin)能(neng)量(liang)收(shou)集(ji)到(dao)的(de)能(neng)量(liang)還(hai)很(hen)小(xiao)，創(chuang)新(xin)方(fang)案(an)一(yi)般(ban)還(hai)會(hui)搭(da)載(zai)一(yi)次(ci)或(huo)者(zhe)二(er)次(ci)電(dian)池(chi)係(xi)統(tong)作(zuo)為(wei)冗(rong)餘(yu)的(de)能(neng)量(liang)源(yuan)。但(dan)必(bi)須(xu)要(yao)強(qiang)調(tiao)的(de)是(shi)，零(ling)功(gong)耗(hao)物(wu)聯(lian)網(wang)的(de)最(zui)終(zhong)形(xing)態(tai)一(yi)定(ding)是(shi)免(mian)電(dian)池(chi)設(she)計(ji)，這(zhe)才(cai)是(shi)這(zhe)項(xiang)技(ji)術(shu)的(de)魅(mei)力(li)所(suo)在(zai)。

下麵我們以STMicroelectronics的STM32C0x ARM Cortex-M0+32位MCU為例來展開，該器件在貿澤電子官網上的料號為STM32C031C6T6。

圖6：STM32C0x係列MCU

（圖源：貿澤電子）

這款MCU基於ARM Cortex-M0+32位RISC內核打造
，大家都知道ARM Cortex-M0+是Arm公司專門為成本和功耗敏感型應用打造的處理器核心

，能夠以8位MCU的成本實現超低功耗的32位MCU。光guang是shi這zhe顆ke內nei核he就jiu進jin行xing了le足zu夠gou多duo的de降jiang低di功gong耗hao設she計ji，包bao括kuo卓zhuo越yue的de代dai碼ma密mi度du，極ji低di的de內nei存cun利li用yong率lv，內nei置zhi低di功gong耗hao應ying用yong程cheng序xu，支zhi持chi三san種zhong高gao度du優you化hua的de低di功gong耗hao模mo式shi等deng。

在ARM Cortex-M0+內核的基礎上，STM32C0x係列MCU還增加了一個低功耗RTC，並bing額e外wai設she計ji了le一yi套tao動dong態tai功gong耗hao優you化hua模mo式shi。這zhe種zhong模mo式shi可ke以yi和he已yi有you的de省sheng電dian模mo式shi結jie合he，可ke實shi現xian低di功gong耗hao應ying用yong設she計ji。彙hui總zong來lai看kan，這zhe款kuan器qi件jian支zhi持chi的de低di功gong耗hao模mo式shi包bao括kuo休xiu眠mian、停止、待機和關閉等。為了配合這些模式的運轉
，STM32C0x係列MCU都提供上電/斷電重置（POR/PDR）和可編程掉電複位（BOR）功能。

圖7：STM32C0x係列MCU係統框圖

（圖源：STMicroelectronics）

雖然內核麵積小、功耗低，並且整個MCU係統也進行了低功耗設計
，不過STM32C0x係列MCU的性能依然很出色。內核運行頻率高達48MHz，提供高速嵌入式內存（12kB SRAM和帶讀寫保護的高達32KB閃存程序存儲器）
，設有增強型I/O外設、標準通信接口和一個高級控製PWM計時器等。

高集成度加上低功耗
、低成本的優勢，讓STM32C0x係列MCU非常適合用於各種消費電子、工業和電器應用。

能量采集讓物聯網

智慧
、便捷、綠色

零功耗通信的理念從各個方麵重塑了物聯網方案的設計

，讓物聯網向著更高集成
、更低功耗、更久續航和更低成本等方向發展。目前，除了射頻能量采集
，物聯網所采用的能量收集技術還有太陽能采集、機械能采集和人體熱能采集等
，這些技術讓物聯網更加綠色、便捷。

buguo
，gengchijiudexuhang
，shenzhishiwudianchishejibingbuyixishengwulianwangxingnengweiqianti，zhinenghuashiwulianwangxitongfazhanbukenidedaqushi。yinci，buduantishengnengliangcaijijishudezhuanhuaxiaolvhexitongnengxiaoshizhongzhongzhizhong，nenggoujiasubaokuoshepinnengliangcaijizaineidenengliangcaijijishuzaiwulianwanglingyudepuji。dangran
，yaoxiangzaizhexieqianyandewulianwanglingyubaochijishulingxian，yidingshilibukaimaozedianziguanwangshangxinpinqijiandezhichi。

免責聲明：本文為轉載文章
，轉載此文目的在於傳遞更多信息，版權歸原作者所有。本文所用視頻
、圖片、文字如涉及作品版權問題，請聯係小編進行處理。

推薦閱讀：

射頻連接器與微帶線組件焊接過渡段阻抗補償研究

深入解讀無線通信中的天線③— 天線性能測試

一文讀懂輻射騷擾測試

輸入衝擊電流抑製電路設計

降低煙霧報警器誤報率的光學傳感器解決方案