基于超低耗微控制器LC87F7932的电路设计

近年来，能量采集主题在电子设计界内引起了极大的兴趣。通过该程序能够捕获、采集到少量能量，然后被电子设备元件所使用，能够完成简单的任务，而不需在系统设计中嵌入常规电源。但是，为了有效实施，在规定的组成部件以及系统布局方面，该系统需要以最大可能的效率水平进行操作。下文将讨论多项技术难题，并说明创新性数字、模拟和电源管理半导体技术在克服这些技术难题方面是如何发挥关键作用。

目前，使用能量采集（或挖掘）技术的应用包括楼宇自动化系统、远程监视器/数据采集装置，以及无线传感器网络。由于采集技术不依赖于常规的电源形式，因而具有两个关键的生态效益。首先，它不会导致化石燃料储量耗竭；其次，不会加剧污染程度（原因是不会产生碳排放，也不用一次性电池）。除了省去接线或电缆布线需求以及由此产生的便利性，原始设备制造（OEM）和系统集成商此类实施的实际优势在于，一旦安装到位，由于没有费用单或要求跳闸以更换电池的高额费用等，其实际上没有日常运转费用。

采集所需能量

从环境中采集能量的方法很多（取决于最适合具体应用设置的方法），产生的功率水平通常在10 µW至400 µW范围内。在使用的机制中，存在温度差、动力（通常通过振动运动）、太阳能、压电效应、热电效应和电磁效应。但是，太阳能有可能成为例外，能量采集是“免费”能量的观点不完全准确。基于振动或热梯度的能源利用该系统的大量能源垃圾，因此需要纳入维修和维护成本。

现实世界应用的能源范围指示

通过采集程序产生的电源可有很多种用途，例如：

开关（楼宇自动化）-用于打开或关闭开关的机械力足以产生数毫焦（mJ）的能量，以运行无线传输器，发送一个射频信号来驱动门插销或灯。由于不需要接线，该方法便于操作且美观实用。

温度传感器（楼宇自动化）-环境空气与加热器之间的温差能够提供所需电源，采用无线方式将温度数据发回至调节系统。

空气调节（楼宇自动化）-通过电磁感应，可以利用空气调节系统管道的振动产生的电信号，也能够通过该信号控制空气调节。

远程监控（工业/环境）-可以是无人监控的气象站、化工厂气体传感系统或海啸报警系统。一块太阳能电池或小型风力涡轮机就可提供所需能量。

医学植入体（医疗保健）-例如血糖监测仪，通过热量或身体运动。放在病人皮肤上的低功耗无线收发器将数据反馈至中枢，且无需任何电池（以此提高病人的舒适度，并降低产生的不便）。

手表（消费者）-能够使用太阳能或动能运行无电池的计时器。

轮胎气压监测（TPMS，自动的）-使用表面声波（SAW）传感技术，能够避免因安装支持每个车轮上温度/压力传感器所需的电池和复杂电子设备而产生的问题，以此降低材料清单费用和所需的工程资源。

系统设计要素

仅电源的µW发挥作用时，尽可能对其充分利用显然至关重要。工程师需要努力工作以避免损耗。这涉及硬件和软件的考量，能够通过实施高效的组成部件以及确保完全的设计优化来实现。电子系统必须由低压电路组成，并提供电源智能管理。由于这些系统操作的偶发性，很多情况下，采集能量的时间与随后应用能量的时间之间没有直接关系，也可能需要考虑能量储存。使用的储存方法必须为低压，具有高充电电流和中等放电性能，也可能没有自放电能力。位于系统中心的数字集成电路，必须能够提供远大于处理器的性能，以完成系统任务，同时能够支持低压操作，确保不超过功率预算。另外，集成电路必须足够划算，确保其实施不会对系统的总体费用产生太大影响，否则该系统将由于标价过高，而无法证明已探讨的很多能量采集应用中的部署是合理的。

通常，如果需要提升性能水平、获得更大的优化或提高集成度，OEM将考虑采取定制方法，并从项目开始时与特定应用集成电路（ASIC）供应商接洽。但是，由于这种方法要求大量的前期金融投资以支付NRE成本，因此通常不可行。其后必须有足够高的单位体积以收回投资。很多能量采集应用没有足够大的单位体积构成以采用该方法，但是相反，如果沿用仅将现成部件结合在一起的方法，工程师就不太可能最大化系统的效率。更加糟糕的是，开发程序有可能要求大量时间和工程资源。