工程师们已经开发出一种新的发射机设计，可将离线泄漏减少100倍。与此同时，这项新技术为蓝牙传输或更远距离的802.15.4无线通信协议提供了足够的能量。

 

在今年的消费电子展在拉斯维加斯,大主题是“物联网”——人类环境中的一切,从厨房电器工业设备,可以配备传感器和处理器,可以交换数据,协助维护和协调任务。

 

然而，要实现这一愿景，需要的发射机的功率要足够强大，可以向几十码外的设备广播，同时又要足够节能，可以持续几个月——甚至可以从热量或机械振动中收集能量。

 

麻省理工学院电气工程约瑟夫·f·和南希·p·基思利教授阿南塔·钱德拉卡桑(Anantha Chandrakasan)解释说:“一个关键的挑战是设计这些电路以极低的待机功率，因为大多数这些设备只是闲置着，等待某些事件触发通信。”“当它开着的时候，你想要尽可能的高效，而当它关闭的时候，你想要真正切断关闭状态的电源，泄漏电源。”怎么注册天富

 

本周，在电气与电子工程师学会的国际固态电路会议上，钱德拉卡桑的团队将展示一种新的发射机设计，这种设计可以将关闭状态下的泄漏减少100倍。同时，它为蓝牙传输或更远距离的802.15.4无线通信协议提供了足够的能量。

 

钱德拉卡桑解释说:“关键在于我们借用了一些技术来减少数字电路中的漏电。”数字电路的基本元件是晶体管，其中两个电引线由半导体材料连接，如硅。在其固有状态下，半导体并不是特别好的导体。但在晶体管中，半导体上有第二根电线，它垂直于电引线运行。通过这条被称为“门”的导线发送正电荷，将电子吸引过来。电子的聚集形成了一个桥，电流可以通过导线。怎么注册天富

 

但是，虽然半导体本身不是很好的导体，它们也不是完美的绝缘体。即使栅极上不加电荷，仍有电流漏过晶体管。虽然不是很重要，但随着时间的推移，对于一个大部分时间都处于闲置状态的设备来说，它会给电池寿命带来很大的不同。

 

要负

 

Chandrakasan和麻省理工学院电子工程和计算机科学专业的研究生Arun Paidimarri，以及Chandrakasan实验室的研究科学家Nathan Ickes一起，通过在发射机空闲时在门上加一个负电荷来减少泄漏。这会使电子远离导线，使半导体成为更好的绝缘体。

 

当然，这种策略只有在产生负电荷所消耗的能量小于电路因漏损而损失的能量时才有效。麻省理工学院的研究人员在台湾半导体制造公司(Taiwan Semiconductor Manufacturing Company)研究项目制造的芯片原型上进行了测试，发现他们的电路只消耗了20皮瓦的电力，从而节省了1万皮瓦的泄漏。

 

为了有效地产生负电荷，麻省理工学院的研究人员使用了一种被称为电荷泵的电路，它是一个由电容(可以储存电荷的电子元件)和开关组成的小型网络。当电荷泵暴露在驱动芯片的电压下时，电荷就会在其中一个电容中积累起来。投掷其中一个开关连接电容的正端到地面，造成电流流出另一端。这个过程一遍又一遍地重复。唯一真正的能量消耗来自于开关，大约每秒15次。

 

打开

 

为了让发射器在激活时更有效率，研究人员采用了Chandrakasan团队长期以来一直采用的技术。通常，发射机广播的频率是其电压的函数。但麻省理工学院的研究人员将产生电磁信号的问题分解成离散的步骤，其中只有一部分需要更高的电压。对于这些步骤，电路使用电容和电感来增加本地电压。这使电路的整体电压降低，同时仍能实现高频传输。

 

这些效率对电池寿命意味着什么取决于发射机的工作频率。但是如果它可以每隔一小时左右播放一次，研究人员的电路就可以将功耗降低100倍。