suiranzhexiexitongkeyishiyongdianchigongdian
，suoyibuxuyaojiangchuanganqiyuzhudianyuanlianjie
，danshirengranxuyaogenghuandianchihuochongdian。yidanfangzhizaidaxingmadahuowolunjifujin，bianhennanchujihegenghuandianchi。buguo，xuduozhexieyingyongdeyoudianshitamenkeyizijitigongnengliang，zigeizizu。　

 

隻要通過合適的地震量(慣性質量)和(he)轉(zhuan)換(huan)器(qi)，便(bian)可(ke)利(li)用(yong)工(gong)業(ye)馬(ma)達(da)的(de)振(zhen)動(dong)為(wei)監(jian)測(ce)它(ta)的(de)係(xi)統(tong)提(ti)供(gong)能(neng)量(liang)。穿(chuan)戴(dai)在(zai)身(shen)體(ti)上(shang)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)情(qing)況(kuang)類(lei)似(si)，采(cai)集(ji)到(dao)的(de)振(zhen)動(dong)和(he)熱(re)能(neng)可(ke)以(yi)使(shi)得(de)電(dian)荷(he)呈(cheng)涓(juan)流(liu)形(xing)式(shi)進(jin)入(ru)電(dian)容(rong)器(qi)內(nei)，用(yong)於(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)供(gong)電(dian)(圖1)。

 

圖1：各種能量采集方法的功率密度(來源：技術研究雜誌)

 

suiranzhexiexitongtigonglecaijinengliangdejizhi
，danshitamenhenshaonenggoudadaoshejirenyuanxiguanshiyongdedianchigongdianxitongdegonglvshuiping。yinci，shejiyizhonggonglvxiaohaojinkenengdidexitongshizhiguanzhongyaode。

 

降低邏輯電路功率的關鍵目標是供電電壓。在CMOS電路中，電壓和功耗之間呈平方關係，如公式P = CV2f所示，其中C是電路電容，f是開關頻率，V是(shi)施(shi)加(jia)的(de)電(dian)壓(ya)。從(cong)中(zhong)可(ke)以(yi)明(ming)顯(xian)看(kan)出(chu)，降(jiang)低(di)電(dian)壓(ya)可(ke)以(yi)最(zui)大(da)可(ke)能(neng)地(di)降(jiang)低(di)功(gong)耗(hao)。晶(jing)體(ti)管(guan)近(jin)閾(yu)值(zhi)和(he)亞(ya)閾(yu)值(zhi)運(yun)作(zuo)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)種(zhong)獨(du)特(te)方(fang)法(fa)，可(ke)以(yi)將(jiang)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)和(he)其(qi)它(ta)邏(luo)輯(ji)電(dian)路(lu)的(de)供(gong)電(dian)電(dian)壓(ya)降(jiang)低(di)到(dao)遠(yuan)低(di)於(yu)標(biao)準(zhun)邏(luo)輯(ji)電(dian)路(lu)要(yao)求(qiu)的(de)水(shui)平(ping)。

 

近閾值和亞閾值運作的背後原理，就是器件通常被認為“開啟”的(de)閾(yu)值(zhi)電(dian)壓(ya)其(qi)實(shi)並(bing)不(bu)需(xu)要(yao)視(shi)為(wei)邏(luo)輯(ji)和(he)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)的(de)目(mu)標(biao)。為(wei)了(le)給(gei)伴(ban)隨(sui)每(mei)個(ge)柵(zha)極(ji)的(de)電(dian)容(rong)路(lu)徑(jing)充(chong)電(dian)
，邏(luo)輯(ji)晶(jing)體(ti)管(guan)傳(chuan)統(tong)上(shang)被(bei)設(she)計(ji)為(wei)飽(bao)和(he)時(shi)通(tong)過(guo)高(gao)電(dian)流(liu)水(shui)平(ping)
；但dan是shi，給gei這zhe些xie電dian路lu路lu徑jing充chong電dian時shi，可ke以yi不bu將jiang晶jing體ti管guan開kai關guan到dao完wan全quan飽bao和he狀zhuang態tai
，而er是shi允yun許xu電dian流liu更geng為wei緩huan慢man地di涓juan涓juan流liu過guo。這zhe樣yang的de結jie果guo是shi開kai關guan邏luo輯ji狀zhuang態tai會hui變bian得de緩huan慢man
，但dan是shi，在zai典dian型xing傳chuan感gan器qi應ying用yong中zhong，其qi實shi不bu需xu要yao以yi最zui高gao可ke能neng速su度du進jin行xing開kai關guan。

 

然而，由於閾值電壓在更低水平驅動
，所以晶體管泄漏電流呈指數級增加(圖2)。

 

 

dangdianyajinyibuxiajiangdaoshenduyayuzhifanweishi
，xielousunshidenengliangbilijiangzhanyoushi，chulexingnengkaolv
，haiyinzhikaolvgongdiandianyanenggoujiangdidaoshenmechengdudecijixianzhi(圖3)。

 

 

對dui亞ya閾yu值zhi電dian路lu設she計ji人ren員yuan來lai說shuo

，關guan鍵jian問wen題ti是shi在zai供gong電dian電dian壓ya接jie近jin閾yu值zhi時shi的de過guo程cheng變bian化hua和he其qi影ying響xiang。有you效xiao設she計ji亞ya閾yu值zhi電dian路lu的de關guan鍵jian，就jiu是shi降jiang低di這zhe種zhong變bian化hua的de影ying響xiang的de機ji製zhi，例li如ru專zhuan為wei克ke服fu這zhe種zhong變bian化hua而er設she計ji的de適shi應ying性xing電dian路lu。美mei國guo密mi歇xie根gen大da學xue和heAmbiq Micro進jin行xing了le多duo年nian研yan究jiu，帶dai來lai了le這zhe種zhong技ji術shu等deng多duo項xiang亞ya閾yu值zhi技ji術shu創chuang新xin。為wei了le有you效xiao地di利li用yong這zhe項xiang技ji術shu，還hai必bi須xu對dui整zheng個ge設she計ji流liu程cheng進jin行xing重zhong新xin設she計ji，包bao括kuo從cong實shi施shi亞ya閾yu值zhi邏luo輯ji電dian路lu的de標biao準zhun元yuan件jian庫ku直zhi到dao測ce定ding納na安an和he皮pi安an電dian流liu的de測ce試shi策ce略lve。隻zhi有you通tong過guo這zhe種zhong投tou資zi水shui平ping，才cai可ke能neng最zui大da限xian度du地di提ti高gao亞ya閾yu值zhi設she計ji的de節jie能neng效xiao益yi。

 

雖sui然ran亞ya閾yu值zhi運yun作zuo最zui大da程cheng度du地di利li用yong了le電dian壓ya和he功gong耗hao之zhi間jian的de平ping方fang關guan係xi，但dan是shi

，它ta並bing非fei在zai所suo有you情qing況kuang下xia也ye是shi最zui適shi合he的de晶jing體ti管guan運yun作zuo方fang案an選xuan擇ze。由you於yu亞ya閾yu值zhi運yun作zuo的de性xing能neng影ying響xiang，它ta對dui近jin閾yu值zhi甚shen至zhi傳chuan統tong超chao閾yu值zhi方fang案an等deng使shi用yong較jiao高gao電dian壓ya的de電dian路lu有you益yi處chu。例li如ru
，存cun儲chu塊kuai在zai存cun取qu時shi不bu一yi定ding能neng夠gou從cong超chao低di電dian壓ya運yun作zuo中zhong受shou益yi。

 

在設計節能微控製器時，重要的是在電路水平方麵分析電壓、功率和性能之間的折衷權衡。這項工作已經在Apollo係列微控製器的核心Ambiq亞閾值功率優化技術(SPOT)平台上進行了廣泛的實施。

 

雖然電路水平設計選擇將在優化能量采集功率物聯網(IoT)應(ying)用(yong)中(zhong)發(fa)揮(hui)作(zuo)用(yong)，但(dan)是(shi)
，係(xi)統(tong)級(ji)的(de)決(jue)策(ce)對(dui)於(yu)總(zong)能(neng)耗(hao)也(ye)有(you)著(zhe)十(shi)分(fen)重(zhong)大(da)的(de)影(ying)響(xiang)。關(guan)鍵(jian)舉(ju)措(cuo)是(shi)盡(jin)可(ke)能(neng)減(jian)少(shao)不(bu)必(bi)要(yao)的(de)活(huo)動(dong)，這(zhe)通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)智(zhi)能(neng)應(ying)用(yong)的(de)睡(shui)眠(mian)模(mo)式(shi)來(lai)實(shi)現(xian)。采(cai)用(yong)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)提(ti)高(gao)每(mei)個(ge)時(shi)鍾(zhong)周(zhou)期(qi)所(suo)執(zhi)行(xing)工(gong)作(zuo)量(liang)的(de)處(chu)理(li)器(qi)架(jia)構(gou)，還(hai)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)進(jin)一(yi)步(bu)的(de)提(ti)升(sheng)。　

 

微控製器通常具有不止一個低功耗睡眠模式，從局部存儲器和大多數外設保持供電但CPUneihebenshendaijideqingdushuimianmoshi，zhidaodaduoshugongnengjinyonghediaodiandeshendushuimianmoshi。youyuyuelaiyueshaodewaisheheneihegongnengbaochiqiyong
，yincizengjialejieshengdenengliang。danshi，zhezhongshejicunzaizhongdadezhezhong。

 

一般說來，IoT傳chuan感gan器qi節jie點dian需xu要yao對dui其qi周zhou圍wei的de環huan境jing進jin行xing監jian測ce
，並bing在zai係xi統tong條tiao件jian發fa生sheng變bian化hua時shi做zuo出chu反fan應ying。對dui於yu低di功gong耗hao嵌qian入ru式shi係xi統tong，特te別bie是shi在zai采cai用yong能neng量liang采cai集ji係xi統tong時shi依yi賴lai間jian歇xie電dian源yuan的de嵌qian入ru式shi係xi統tong來lai說shuo，優you化hua的de關guan鍵jian就jiu是shi找zhao到dao仍reng然ran能neng夠gou對dui實shi時shi事shi件jian做zuo出chu適shi當dang反fan應ying的de最zui低di功gong耗hao睡shui眠mian模mo式shi。

 

zaishijixitongzhongdeweikongzhiqizuidinengliangshuimianmoshi
，yibanshiyoushishishizhongchulijibendeneiwuguanligongneng，bingqiedingqihuanxingxitonglaijianzhahuodong。lirumeimiaohuanxingxitongyijianzhawaibutiaojiandebianhua，ruguoxuyaoruanjianchulishurudehua，bianzhuanerwanquanhuanxingchuliqineihe。danshi，zaibaojingqingkuangxiangdangshao，erqiejiangebingbujunyundexitongzhong
，zhezhonglunxunshifangfashifeichanglangfeide。

 

如果讓係統使用較高能量的睡眠狀態來處理I/O
，一旦超過閾值便可以快速喚醒處理器內核，從而確保對隨機中斷做出更快的響應；danshizhexiemoshikenengxiaohaonengliangku，shidechuliqimeiyouzugoudegonglvlaixiangying。danshi，womenyoukenengkeyijieheshendushuimianmoshidechangchu，errengranduiguanjianshuruzuochukuaisuxiangying。

 

有(you)些(xie)超(chao)低(di)能(neng)量(liang)實(shi)時(shi)時(shi)鍾(zhong)設(she)計(ji)可(ke)以(yi)檢(jian)測(ce)外(wai)部(bu)事(shi)件(jian)，例(li)如(ru)硬(ying)件(jian)中(zhong)斷(duan)引(yin)起(qi)的(de)問(wen)題(ti)或(huo)比(bi)較(jiao)器(qi)感(gan)測(ce)到(dao)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)變(bian)化(hua)。當(dang)檢(jian)測(ce)到(dao)外(wai)部(bu)事(shi)件(jian)時(shi)，係(xi)統(tong)可(ke)迅(xun)速(su)轉(zhuan)向(xiang)喚(huan)醒(xing)狀(zhuang)態(tai)
，不(bu)會(hui)因(yin)為(wei)執(zhi)行(xing)輪(lun)詢(xun)策(ce)略(lve)而(er)引(yin)起(qi)功(gong)率(lv)損(sun)失(shi)，並(bing)且(qie)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)延(yan)長(chang)了(le)係(xi)統(tong)處(chu)於(yu)深(shen)度(du)睡(shui)眠(mian)模(mo)式(shi)的(de)時(shi)間(jian)。

 

在處理軟件時，重要的是確保每個時鍾周期可以實現最高工作量。在傳遞給用戶與/或雲端之前
，許多IoT傳感器應用需要使用信號處理算法來檢測問題和預處理數據。這不僅要求使用32位處理器架構而不是8位處理器架構(因為32位處理器隻需更少的周期便可處理這些數學運算)，而(er)且(qie)要(yao)求(qiu)采(cai)用(yong)全(quan)麵(mian)支(zhi)持(chi)定(ding)點(dian)和(he)浮(fu)點(dian)信(xin)號(hao)處(chu)理(li)指(zhi)令(ling)的(de)架(jia)構(gou)。用(yong)於(yu)浮(fu)點(dian)運(yun)算(suan)的(de)硬(ying)件(jian)支(zhi)持(chi)，可(ke)以(yi)確(que)保(bao)在(zai)減(jian)少(shao)很(hen)多(duo)的(de)周(zhou)期(qi)內(nei)完(wan)成(cheng)運(yun)算(suan)
，從(cong)而(er)允(yun)許(xu)內(nei)核(he)快(kuai)速(su)返(fan)回(hui)到(dao)更(geng)節(jie)能(neng)的(de)睡(shui)眠(mian)狀(zhuang)態(tai)，進(jin)一(yi)步(bu)降(jiang)低(di)總(zong)體(ti)係(xi)統(tong)級(ji)能(neng)耗(hao)。這(zhe)種(zhong)要(yao)求(qiu)組(zu)合(he)需(xu)要(yao)選(xuan)擇(ze)ARM Cortex-M4F這樣的處理器，也就是Ambiq Apollo係列所采用的處理器。

 

由(you)於(yu)能(neng)效(xiao)提(ti)升(sheng)從(cong)係(xi)統(tong)級(ji)降(jiang)低(di)到(dao)低(di)電(dian)壓(ya)水(shui)平(ping)的(de)電(dian)路(lu)運(yun)作(zuo)
，將(jiang)電(dian)壓(ya)控(kong)製(zhi)推(tui)動(dong)到(dao)極(ji)限(xian)
，使(shi)得(de)能(neng)量(liang)采(cai)集(ji)能(neng)夠(gou)成(cheng)為(wei)物(wu)聯(lian)網(wang)日(ri)益(yi)廣(guang)泛(fan)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)設(she)計(ji)的(de)可(ke)行(xing)選(xuan)擇(ze)。

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