TI开拓新领域 能源采集方案露头角

报也是一个长期的过程。体积因素是一个很实际的问题，只有在其影响到产品功能性时才重要。工业环境下超微能源采集的重要性在于，它让一些小型系统特别是传感器可以安装在那些人员难以到达并且维护困难且昂贵的地方。最近，获得人们大量关注的一个应用是桥梁和建筑的结构检测。传感器可以记录应力或者材料变化，然后将数据发送给中央系统，中央系统利用这些数据来决定结构的安全性或者健康程度。工作在这种环境下的传感器利用压电收集器来采集震动应力本身产生的能源。在很短的时间内，这种能源可产生数百微焦的能量。在这些传感器中，所采集的能源驱动TI的ULP微控制器和发射器。另一种应用把传感器安装在一些危险的工业环境中。在这种环境中，维护所需的信息访问较少。如果这类环境下工作的传感器采集自然能，则需要工作人员冒险的机会大大减少，或者关闭某个处理工艺来维护设备机会也大大减少。

　　在消费类电子产品中，成本和体积因素至关重要，给在工业领域不要求的便利性带来了机会，或者也可以对现有便利性进行拓展。例如，许多消费类电子产品都有使用电池的遥控器，需要定期更换电池。这些系统是一些理想的改造对象，可以让其使用能源采集系统。但是，成本敏感性意味着，收集能源的设计必须在价格上与那些使用电池的设计进行竞争。一些无线家用和办公用设备同样也有这方面的需求，例如：太阳能计算机键盘和电子墨水显示器等。另外，随着家用和办公用设备的电费不断升高，负责管理室内环境的恒温器和其他传感器必须更高效，这样便可以安装在更多的位置，并移至更适合的地方。即使是普通灯光开关也有使用永久性设备的潜力：按下一个按钮，便可提供发送开启或者关闭灯光指令所需的能源。所有这些系统都是能源采集技术的潜在应用对象，这样便无需布线或者定期更换电池。

　　医疗系统为电子产品提供了一个新的应用领域，而自供电设备拥有相当大的优势（请参见表格）。今天，人们正在研究能够使用人体热能或者动能作为能源的心脏起搏器，这样便不再需要定期电池充电和/或为进行维护而做手术。起搏器使用的微能源采集还可用于其他植入设备，这些设备正被快速地开发出来，旨在增加人的听力和视力以及辅助假肢等。可穿戴或者植入型监控器也成为可能，或许可以作为一个身体网络实现无线通信，然后单个或者集体向外部系统发送信息，这些外部系统再把这种信息转发给健康专家。将来，这种身体监控器将会更加全面地照顾到我们每个家庭，或者不管患者走到哪里都能得到照看。

　　医疗应用功耗列表

　　表 1 医疗和保健为所有功耗级别的ULP技术提供了广泛的应用前景

　　这些例子表明，能源采集应用拥有巨大的发展前景，但在这之前我们需做深入思考。例如，设想一下，一个安装有芯片的咖啡杯通过热能工作，并会通知您的智能电话您的咖啡凉了或者您的咖啡少了。然后，您的电话会告诉最近的咖啡机准备好，或者提醒您添加咖啡。或许这种咖啡杯只是一个好玩的小礼物，就像那种当您打开时会唱歌的贺卡；但是，就像这些卡片一样，电子产品也可以有一些好玩的用法。同样，当您走路时您的鞋底可能正在收集能源，而在您踏上某条道路时您脚下的砖也可能会收集能源。您的鞋子可能会监控您脚的压力点，帮助找到最适合您走路的袜子。智能砖头用于监控行人的活动情况，控制交通信号灯甚至是街灯。这些可能看似琐碎无聊的例子，但反映的问题却是严肃的：用于制造自供电永久性设备的电路已经存在，而可用性和可购买性均不断增长。

　　TI的实现技术

　　技术的不断变化带来了能源采集的发展。网络云的出现，让它可以使之前非智能的大量设备实现大范围分布式信息采集、有效实现计算和通信。至于系统本身内部的技术，能源采集器必须能够收集自然能并存储它，然后以最为高效的方法利用它。

　　光转换板以及压电和热换能器的发展，正逐渐让高效收集微能源成为可能。例如，室内光伏采集器的收集效率有望增加一倍，200 lux条件下从每平方厘米10微瓦增加到20微瓦。电池的发展，让能源存储更有效，实现稳定的电压电源，而超级电容器可以高效地存储更多的能源，用于传输所需的高能脉冲。但是，最大的进步仍然是有源电子器件，技术创新让我们可以用更低的成本、更少的功耗做更多的事情。

在工业领域实现利用采集能源的ULP技术方面，TI发挥着领导作用。公司在为无线电话和其他移动系统提供组件方面具有悠久的历史，这让它拥有丰富的ULP设计经验。许多年以来，TI始终致力于推动数字信号处理器、微控制器、电源管理