Atmosic的藍牙方案神奇了 可實(shí)現物聯(lián)網(wǎng)設備永久續航或無(wú)需電池

做藍牙芯片和模塊的廠(chǎng)商很多，但是美國的Atmosic（謀思科技）很有顛覆性——可實(shí)現電子產(chǎn)品的永久續航或無(wú)需電池。這是怎么做到的？適合哪些應用場(chǎng)景?

近日，Atmosic舉辦媒體線(xiàn)上溝通會(huì )，首席執行官David Su和營(yíng)銷(xiāo)及業(yè)務(wù)拓展副總裁Srinivas Pattamatta介紹了這種新技術(shù)。

Atmosic首席執行官David Su和營(yíng)銷(xiāo)及業(yè)務(wù)拓展副總裁Srinivas Pattamatta

1   重新定義IoT設備的電池壽命

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)正風(fēng)生水起。其中，無(wú)需擔心電池壽命或無(wú)電池條件下接入物聯(lián)網(wǎng)是非常重要的一類(lèi)應用。這不僅可以節能，也可減少電池對環(huán)境的污染。

為此，Atmosic提出了創(chuàng )新的藍牙SoC方案，主要的定位市場(chǎng)是IoT設備，例如消費類(lèi)電子產(chǎn)品、家居環(huán)境、數據以及傳感上，此外，這些基礎技術(shù)解決方案也可以不斷地擴展和放大，適用于不同的應用場(chǎng)景。

Atmosic的產(chǎn)品和解決方案有3項核心的創(chuàng )新技術(shù)。

1）超低功耗射頻。相比友商，可以實(shí)現5~10倍的功耗以及相關(guān)電源能耗的降低。

2）射頻喚醒技術(shù)?？梢宰屧O備無(wú)需使用是的時(shí)候隨時(shí)保持休眠狀態(tài)，只在需要的時(shí)候被喚醒。

3）受控能量收集技術(shù)?？梢赃m用不同的能量收集來(lái)源，包括射頻、光能以及動(dòng)能等等。

2   優(yōu)異特性及應用案例

下圖是Atmosic藍牙5.0產(chǎn)品一個(gè)簡(jiǎn)單的架構圖?；诖思軜?，Atmosic有優(yōu)異的超低功耗性能；同時(shí)，友有非常差異化的特點(diǎn)——解決射頻喚醒、受控能量收集。

目前，Atmosic有2個(gè)藍牙系列產(chǎn)品。

1）M2系列解決方案：可以提供超低功耗的藍牙5.0的連接，同時(shí)支持射頻(RF)喚醒，以支持永久續航。

2）M3系列解決方案：在M2的基礎之上增加了受控能量收集技術(shù)，可以進(jìn)一步地實(shí)現無(wú)需電池。

M2與市面上一些主要競爭對手的解決方案比較，可以看到，TX值比對手低了超過(guò)2倍之多；同時(shí)，接收器的功耗也比對手低了近6~7倍；如果針對每秒傳輸1次數據的藍牙信標，功耗比對手降低4倍（如下圖）。

Atmosic有2個(gè)合作案例。

①TraceSafe主要是一家開(kāi)發(fā)接觸追蹤的解決方案公司，它開(kāi)發(fā)的手環(huán)及相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)設備非常適合現在新冠肺炎疫情的大環(huán)境。

②與SMK合作，開(kāi)發(fā)的是遠程搖控器及其他物聯(lián)網(wǎng)設備。

3   如何實(shí)現低能耗、無(wú)電池

為了更好地實(shí)現永久續航以及無(wú)需電池的愿景，必須滿(mǎn)足以下3個(gè)主要的條件：

①超低功耗；

②進(jìn)行外界能量的收集，能量可來(lái)源于射頻、光能、動(dòng)能或者說(shuō)是熱能；

③能量的存儲。為了實(shí)現能源的存儲，可以采用超級電容或可充電電池、標準電池。通過(guò)Atmosic的受控能量收集技術(shù)，只要收集到的外界能量能夠實(shí)時(shí)地保證大于設備運行所需要的超低功耗，就可實(shí)現永久續航，以及無(wú)需電池的應用場(chǎng)景。

Atmosic有3個(gè)例子，分別是射頻能量收集，光能量收集，動(dòng)能收集。

●   射頻能量收集。有采用射頻能量收集技術(shù)的員工卡。在員工與計算機接近的時(shí)候，卡里內置的芯片就會(huì )自動(dòng)與設備進(jìn)行接觸，并且開(kāi)始射頻能量的收集。

●   光能量收集。例如傳感器標簽，一旦接觸，并且光能達到200普朗克時(shí)，Atmosic芯片就開(kāi)始自動(dòng)收集光能，并且進(jìn)行存儲。

●   動(dòng)能收集。例如一個(gè)簡(jiǎn)單的開(kāi)關(guān)，通過(guò)對開(kāi)關(guān)的打開(kāi)以及閉合，這個(gè)動(dòng)能產(chǎn)生的能量就已經(jīng)足夠可以支持對1個(gè)燈泡的供電。

以下是該技術(shù)的一些設計細節。

3.1   關(guān)于射頻喚醒，是射頻的哪些頻段，如何喚醒？

Atmosic對自己的接收機做了專(zhuān)門(mén)的設置和調整，可以對接收機進(jìn)行啟動(dòng)及自動(dòng)關(guān)閉的，而它的運行頻段基本上是從200Hz~220 MHz不等。

由于設備在采用的時(shí)候都進(jìn)行了射頻信號的導入，而基于射頻信號的不同，CPM(連續相位調制)將會(huì )自動(dòng)判斷是否要把接收器打開(kāi)或激活，這解決了射頻喚醒技術(shù)。

這里補充一點(diǎn)，參見(jiàn)Atmosic藍牙5.0的架構圖（下圖），Atmosic所設計的接收器和之前市面上常見(jiàn)的藍牙接收器是非常不同的。Atmosic接收器上的射頻喚醒是集中在一個(gè)模塊上的，整個(gè)這個(gè)模塊都會(huì )處于休息的狀態(tài)，而不像藍牙設備一樣要么開(kāi)、要么關(guān)，只有能選擇是或者不。

而作為具體信號傳輸的大小，究竟什么樣的信號可以起到射頻喚醒的作用？這可以通過(guò)程序進(jìn)行編寫(xiě)。不管是從筆記本還是其他的設備、接入點(diǎn)上都可以對它進(jìn)行設置。

除此之外，在其他用于喚醒Atmosic射頻模塊的設備上是不需要使用Atmosic芯片的。換句話(huà)說(shuō)，客戶(hù)可以隨時(shí)采用Atmosic的芯片產(chǎn)品，并且與其他任何只要能夠發(fā)出信號的設備來(lái)進(jìn)行結合使用。

3.2   目前能量收集的效率表現如何?

這取決于采用的是哪種能源的收集方式。

如果采用的是射頻，效率在50%左右。當然，這也是取決實(shí)際的應用場(chǎng)景以及具體信道通路的大小。

而作為光伏發(fā)電，通常會(huì )用一些PV(光伏)電池。這也取決于光源的強度，有多少光能照射到你的光伏板上的。

動(dòng)作收集方面，基本上用非常小的動(dòng)作就可以生成非常大的能量，是以毫瓦級來(lái)進(jìn)行計算的。

整體上，永久續航和無(wú)需電池是兩種技術(shù)的有機結合體：

①本身設備功耗就非常低，②再結合Atmosic的解決方案，隨時(shí)進(jìn)行能源的收集。

3.3   哪種超低功耗技術(shù)最關(guān)鍵？

如果超低功耗是一個(gè)系統工程的話(huà)，其中包括超低功耗射頻，射頻喚醒，受控能量收集技術(shù)等，未來(lái)，從進(jìn)一步降低功耗的角度來(lái)看，哪方面的潛力更大？

實(shí)際上，就目前來(lái)看，超低功耗解決方案是客戶(hù)實(shí)現以及部署起來(lái)最為便捷的一項技術(shù)。

而剩下的兩項技術(shù)，目前它們的差異化更小。這也是Atmosic在市面上最主要的兩項差異化的產(chǎn)品。所以Atmosic非常期待這剩下的2項創(chuàng )新技術(shù)在市面上的表現和發(fā)展。

而Atmosic這些解決方案的組成架構，包括能源收集方案，在2020年年底之前都會(huì )有具體的方案正式推出。

3.4 Atmosic的TX和IX如何做到更低？

在有關(guān)能耗方面，客戶(hù)會(huì )采用Atmosic所謂的亞閾值設計。當然，Atmosic的技術(shù)更多的是適用于數字邏輯的，有關(guān)混合信號邏輯是要采用另外一種不同的技術(shù)解決方案。

而通過(guò)Atmosic亞閾值邏輯，它的基本原理是通過(guò)對供應電壓以及具體的調整來(lái)更好地控制能耗的消耗。而在混合的環(huán)境下對供應電壓來(lái)進(jìn)行二次的調整，可能它的效果就沒(méi)有那么好了。

所以在設計框架當中，Atmosic調整的并不僅僅是供應電壓的這1個(gè)換能器，采用的是多維度、多參數的調節來(lái)實(shí)現對它的控制。

除了供應電壓之外，Atmosic也會(huì )對整個(gè)電流包括信號的擺幅和整個(gè)架構的選擇來(lái)統一地考慮到其中，來(lái)整體實(shí)現功耗的下降。

總而言之，Atmosic這幾項專(zhuān)利技術(shù)和解決方案是超出了傳統的亞閾值邏輯針對單參數的調整，可以同時(shí)針對多個(gè)參數對它進(jìn)行設計。

3.5 能量收集和藍牙收發(fā)是否會(huì )互相影響？

這要取決于你能量收集的來(lái)源是什么。如果采用的是射頻能源進(jìn)行收集的話(huà)，就取決于你采用的頻段。如果兩者頻段是完全一樣的，可能會(huì )有干擾的。

但是，Atmosic在設計能源收集時(shí)特地選擇了220 MHz內的不同頻段，所以，如果你的頻段只要不是和它完全一樣，就不會(huì )有影響。

但是，如果你用的是光能或者是熱能等其他的能源收集方式，兩者之間就不會(huì )存在干擾的可能。

3.6 在研發(fā)過(guò)程中的其他技術(shù)挑戰

“研發(fā)”這個(gè)詞本身就代表著(zhù)無(wú)極限的困難，你永遠不知道你在過(guò)程中會(huì )面臨什么樣的挑戰，以及什么樣多樣化的問(wèn)題。就拿受控能量收集技術(shù)來(lái)舉例，Atmosic受控能量收集技術(shù)整個(gè)開(kāi)發(fā)過(guò)程大概花了3年時(shí)間。

而作為集成，能量收集與芯片的集成是非常典型的CMOS技術(shù)。Atmosic的換能器已經(jīng)集成在裸片上了，通過(guò)這種方式來(lái)更好地實(shí)現控制。另外，Atmosic會(huì )給客戶(hù)提供參考設計的框架，來(lái)給他們做后續的開(kāi)發(fā)。

實(shí)際上，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中面臨的挑戰是非常多的，其中最大的挑戰就是在不同的模式之間的復雜性是非常大的，如何在不同的模式之間選擇一個(gè)正確的組合，這是面臨的最大挑戰之一。

例如，受控能量收集技術(shù)有很多不同的應用場(chǎng)景，如何針對每個(gè)不同應用場(chǎng)景的特定需求進(jìn)行調整，了解他們具體的需求。而且能量收集的來(lái)源也是多種多樣的，如何了解這些非常大的差別。而更重要的是如何把這些不同的能量的收集方式以及收集來(lái)源有機地整合為一體，這些都是很大的挑戰。所以整體看，開(kāi)發(fā)過(guò)程中最困難的就是打造一個(gè)完整的、有機的協(xié)調的系統。

4 應用場(chǎng)景

客戶(hù)通常有2個(gè)選擇：

①可以選擇1個(gè)更小的電池，因為可以實(shí)現一樣的電池壽命。

②也可以在不改變電池容量的基礎上，進(jìn)一步地去延長(cháng)整個(gè)設備的使用時(shí)間，并且可以更好地實(shí)現永久續航。

如果絕大多數的客戶(hù)想要開(kāi)發(fā)可穿戴設備，都希望在2個(gè)價(jià)值點(diǎn)下工夫。

1）在消費者端，例如買(mǎi)藍牙鍵盤(pán)、鼠標等設備?，F在市面上的解決方案可能產(chǎn)品使用了1~2年就要沒(méi)電了。但是，如果采用Atmosic解決方案的話(huà)，電池使用壽命可以直接延長(cháng)到5~7年。所以可以說(shuō)，在整個(gè)設備的生命周期中，是不需要更換電池的。因為一般像鍵盤(pán)鼠標這種設備用戶(hù)不會(huì )一直用下去，平均5~7年也就會(huì )買(mǎi)個(gè)新的了。

2）而對于企業(yè)應用，擔心的就不是更換電池可能會(huì )產(chǎn)生成本，因為這些成本都是較小的。企業(yè)級應用通常是辦公級的大規模的應用，假設在樓里裝了大概1萬(wàn)個(gè)信標，每6個(gè)月都不需要更換電池的話(huà)，帶來(lái)的并不僅僅是成本的降低，還有人力資源以及其他的成本降低。

5 售價(jià)定位

在整個(gè)藍牙市場(chǎng)里，并不是一個(gè)統一的無(wú)法區分的蛋糕，它其實(shí)也是由不同的細分市場(chǎng)組成的。有的藍牙產(chǎn)品定位低成本/低端，也有的是中端的產(chǎn)品，也有高端的產(chǎn)品。

目前，Atmosic的定位是要參與到中端市場(chǎng)的競爭。所以在整個(gè)這個(gè)市場(chǎng)細分中，Atmosic希望既有具備非常競爭力的價(jià)格，同時(shí)也在此基礎上考慮到自己的性能優(yōu)勢，給客戶(hù)最優(yōu)性?xún)r(jià)比的解決方案。

6 中國市場(chǎng)

Atmosic公司是在2016年正式成立的，從2018年開(kāi)始已經(jīng)正式與客戶(hù)有所接洽，并且開(kāi)始做產(chǎn)品上的溝通和設計。而Atmosic首個(gè)海外的辦事處也是在2018年底、2019年初時(shí)在中國深圳設立的。Atmosic在中國本地也自己的銷(xiāo)售團隊，同時(shí)也有現場(chǎng)的技術(shù)支持和工程師對隨時(shí)為客戶(hù)提供支持。

除此之外，Atmosic在中國市場(chǎng)也建立起了自己的經(jīng)銷(xiāo)商的網(wǎng)絡(luò )，以及技術(shù)支持第三方的合作網(wǎng)絡(luò )。

而且Atmosic在中國市場(chǎng)有很多的ODM和OEM的合作方，還有生產(chǎn)的廠(chǎng)商，都可以幫助Atmosic在中國市場(chǎng)不斷地拓展，并且給客戶(hù)提供幫助。

隨著(zhù)Atmosic在中國市場(chǎng)業(yè)務(wù)不斷地擴展，計劃在未來(lái)的2年在中國更多的城市開(kāi)設辦事處。

7 未來(lái)發(fā)展方向

Atmosic公司的愿景就是能夠實(shí)現電池的永久續航，能夠降低設備對電池的依賴(lài)性，并且實(shí)現無(wú)需電池。

Atmosic現在做的都是藍牙的市場(chǎng)，但是對其他連接技術(shù)也是保持著(zhù)非常開(kāi)放的態(tài)度，例如Wi-Fi、NFC和藍牙以及GPS等的可能性。所以說(shuō)在未來(lái)Atmosic并不會(huì )把自己限制在一個(gè)框架里面，Atmosic也是有很多其他技術(shù)的前景可以展望，可以開(kāi)發(fā)的。

實(shí)際上，在這個(gè)行業(yè)，為了能夠保證做一個(gè)長(cháng)青樹(shù)，最佳的方法就是永遠至少領(lǐng)先于你的競爭對手3~4年左右。