手机原型放弃了电池

图片：马克·斯通/华盛顿大学。

布莱恩·桑托（Brian Santo），特约作家

构建自供电手机很容易。然而，没有人推销过，因为挑战不在于制造一款无电池手机。它正在制造一款实用 的无电池手机。华盛顿大学的研究人员刚刚接近目标，他们开发了一种原型，该原型可以收集环境无线电信号和光线以维持手机的基本通信功能。

U-Dub 研究人员完全使用商用现货 (COTS) 组件构建了他们的手机，并展示了使用它进行 Skype 通话的能力。他们报告说，他们的手机可以实时感知语音、启动耳机并在上行链路和下行链路通信之间切换。

原型仍然有一些缺点，但考虑到障碍，它的开发是一项成就。研究人员需要创建一种设计，只需几微瓦就可以维持长时间、不间断的对话。这导致了一些有趣的设计选择。

太阳能电池可以提供超过几微瓦的功率，但它们被认为太大太笨重，不实用。研究人员在他们的论文中解释说，其他无电池电源包括一组传感器（例如加速度计和湿度和温度传感器），它们的循环速度都太慢，无法为手机通话提供持续的电力。

研究人员发现了两种可能的连续能量来源：光和射频功率。他们决定加入光电二极管并从基站射频信号中收集能量。

射频能量收集器由一个整流器组成，可将入射射频信号转换为低压直流电源。光电二极管同样输出低压直流电。该论文称，无论使用哪种方式，信号都会被馈入 DC/DC 升压转换器，从而将电压增加到手机微控制器和传感器所需的 1.8 至 2.4 V。

供电选择意味着手机的功率预算只有几微瓦。这对其设计产生了影响。

手机一直依赖于数模和模数转换器。然而，DAC 和 ADC 消耗毫瓦，因此 U-Dub 研究人员决定放弃它们。

相反，电话使用模拟反向散射直接从无源麦克风传输语音，并使用幅度调制从基站接收模拟语音。研究人员表示，用户必须按下手机原型上的按钮才能在发射和收听模式之间切换，但该功能可以自动化。

U-Dub 方案需要对基站进行修改，它必须通过在存在和不存在 RF 载波的情况下对信息进行编码来传输数字数据。“这款手机使用基于包络检测器的接收器来解码数字比特，同时消耗几微瓦的功率，”该论文称。“基站使用 Skype API 来建立和管理与蜂窝网络的连接。它实现了一个自定义状态机来协调蜂窝网络和无电池手机之间的连接。”

研究人员认为，如果基于他们的设计的无电池手机商业化，必要的基站电路将成为未来 Wi-Fi 路由器的廉价且容易的补充。

研究人员报告称，到目前为止，由光电二极管供电的原型手机距离基站的距离为 50 英尺，尽管该论文详细介绍了几种延长距离的方法。

审核编辑 黄昊宇