Atmosic的藍(lán)牙方案神奇了 可實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備永久續(xù)航或無需電池

做藍(lán)牙芯片和模塊的廠商很多，但是美國的Atmosic（謀思科技）很有顛覆性——可實現(xiàn)電子產(chǎn)品的永久續(xù)航或無需電池。這是怎么做到的？適合哪些應(yīng)用場景?

近日，Atmosic舉辦媒體線上溝通會，首席執(zhí)行官David Su和營銷及業(yè)務(wù)拓展副總裁Srinivas Pattamatta介紹了這種新技術(shù)。

Atmosic首席執(zhí)行官David Su和營銷及業(yè)務(wù)拓展副總裁Srinivas Pattamatta

1   重新定義IoT設(shè)備的電池壽命

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)正風(fēng)生水起。其中，無需擔(dān)心電池壽命或無電池條件下接入物聯(lián)網(wǎng)是非常重要的一類應(yīng)用。這不僅可以節(jié)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(lán)牙SoC方案，主要的定位市場是IoT設(shè)備，例如消費(fèi)類電子產(chǎn)品、家居環(huán)境、數(shù)據(jù)以及傳感上，此外，這些基礎(chǔ)技術(shù)解決方案也可以不斷地擴(kuò)展和放大，適用于不同的應(yīng)用場景。

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，可以實現(xiàn)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(shè)備無需使用是的時候隨時保持休眠狀態(tài)，只在需要的時候被喚醒。

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

2   優(yōu)異特性及應(yīng)用案例

下圖是Atmosic藍(lán)牙5.0產(chǎn)品一個簡單的架構(gòu)圖。基于此架構(gòu)，Atmosic有優(yōu)異的超低功耗性能；同時，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個藍(lán)牙系列產(chǎn)品。

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

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

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2倍之多；同時，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(shù)據(jù)的藍(lán)牙信標(biāo)，功耗比對手降低4倍（如下圖）。

Atmosic有2個合作案例。

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

②與SMK合作，開發(fā)的是遠(yuǎn)程搖控器及其他物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。

3   如何實現(xiàn)低能耗、無電池

為了更好地實現(xiàn)永久續(xù)航以及無需電池的愿景，必須滿足以下3個主要的條件：

①超低功耗；

②進(jìn)行外界能量的收集，能量可來源于射頻、光能、動能或者說是熱能；

③能量的存儲。為了實現(xiàn)能源的存儲，可以采用超級電容或可充電電池、標(biāo)準(zhǔn)電池。通過Atmosic的受控能量收集技術(shù)，只要收集到的外界能量能夠?qū)崟r地保證大于設(shè)備運(yùn)行所需要的超低功耗，就可實現(xiàn)永久續(xù)航，以及無需電池的應(yīng)用場景。

Atmosic有3個例子，分別是射頻能量收集，光能量收集，動能收集。

●   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(jī)接近的時候，卡里內(nèi)置的芯片就會自動與設(shè)備進(jìn)行接觸，并且開始射頻能量的收集。

●   光能量收集。例如傳感器標(biāo)簽，一旦接觸，并且光能達(dá)到200普朗克時，Atmosic芯片就開始自動收集光能，并且進(jìn)行存儲。

●   動能收集。例如一個簡單的開關(guān)，通過對開關(guān)的打開以及閉合，這個動能產(chǎn)生的能量就已經(jīng)足夠可以支持對1個燈泡的供電。

以下是該技術(shù)的一些設(shè)計細(xì)節(jié)。

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(jī)做了專門的設(shè)置和調(diào)整，可以對接收機(jī)進(jìn)行啟動及自動關(guān)閉的，而它的運(yùn)行頻段基本上是從200Hz~220 MHz不等。

由于設(shè)備在采用的時候都進(jìn)行了射頻信號的導(dǎo)入，而基于射頻信號的不同，CPM(連續(xù)相位調(diào)制)將會自動判斷是否要把接收器打開或激活，這解決了射頻喚醒技術(shù)。

這里補(bǔ)充一點(diǎn)，參見Atmosic藍(lán)牙5.0的架構(gòu)圖（下圖），Atmosic所設(shè)計的接收器和之前市面上常見的藍(lán)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模塊上的，整個這個模塊都會處于休息的狀態(tài)，而不像藍(lán)牙設(shè)備一樣要么開、要么關(guān)，只有能選擇是或者不。

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

除此之外，在其他用于喚醒Atmosic射頻模塊的設(shè)備上是不需要使用Atmosic芯片的。換句話說，客戶可以隨時采用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(shè)備來進(jìn)行結(jié)合使用。

3.2   目前能量收集的效率表現(xiàn)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(dāng)然，這也是取決實際的應(yīng)用場景以及具體信道通路的大小。

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

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

整體上，永久續(xù)航和無需電池是兩種技術(shù)的有機(jī)結(jié)合體：

①本身設(shè)備功耗就非常低，②再結(jié)合Atmosic的解決方案，隨時進(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系統(tǒng)工程的話，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，從進(jìn)一步降低功耗的角度來看，哪方面的潛力更大？

實際上，就目前來看，超低功耗解決方案是客戶實現(xiàn)以及部署起來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(xiàn)和發(fā)展。

而Atmosic這些解決方案的組成架構(gòu)，包括能源收集方案，在2020年年底之前都會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，客戶會采用Atmosic所謂的亞閾值設(shè)計。當(dāng)然，Atmosic的技術(shù)更多的是適用于數(shù)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Atmosic亞閾值邏輯，它的基本原理是通過對供應(yīng)電壓以及具體的調(diào)整來更好地控制能耗的消耗。而在混合的環(huán)境下對供應(yīng)電壓來進(jìn)行二次的調(diào)整，可能它的效果就沒有那么好了。

所以在設(shè)計框架當(dāng)中，Atmosic調(diào)整的并不僅僅是供應(yīng)電壓的這1個換能器，采用的是多維度、多參數(shù)的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)對它的控制。

除了供應(yīng)電壓之外，Atmosic也會對整個電流包括信號的擺幅和整個架構(gòu)的選擇來統(tǒng)一地考慮到其中，來整體實現(xiàn)功耗的下降。

總而言之，Atmosic這幾項專利技術(shù)和解決方案是超出了傳統(tǒng)的亞閾值邏輯針對單參數(shù)的調(diào)整，可以同時針對多個參數(shù)對它進(jìn)行設(shè)計。

3.5 能量收集和藍(lán)牙收發(fā)是否會互相影響？

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

但是，Atmosic在設(shè)計能源收集時特地選擇了220 MHz內(nèi)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，兩者之間就不會存在干擾的可能。

3.6 在研發(fā)過程中的其他技術(shù)挑戰(zhàn)

“研發(fā)”這個詞本身就代表著無極限的困難，你永遠(yuǎn)不知道你在過程中會面臨什么樣的挑戰(zhàn)，以及什么樣多樣化的問題。就拿受控能量收集技術(shù)來舉例，Atmosic受控能量收集技術(shù)整個開發(fā)過程大概花了3年時間。

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，通過這種方式來更好地實現(xiàn)控制。另外，Atmosic會給客戶提供參考設(shè)計的框架，來給他們做后續(xù)的開發(fā)。

實際上，在開發(fā)過程中面臨的挑戰(zhàn)是非常多的，其中最大的挑戰(zhàn)就是在不同的模式之間的復(fù)雜性是非常大的，如何在不同的模式之間選擇一個正確的組合，這是面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

例如，受控能量收集技術(shù)有很多不同的應(yīng)用場景，如何針對每個不同應(yīng)用場景的特定需求進(jìn)行調(diào)整，了解他們具體的需求。而且能量收集的來源也是多種多樣的，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源有機(jī)地整合為一體，這些都是很大的挑戰(zhàn)。所以整體看，開發(fā)過程中最困難的就是打造一個完整的、有機(jī)的協(xié)調(diào)的系統(tǒng)。

4 應(yīng)用場景

客戶通常有2個選擇：

①可以選擇1個更小的電池，因為可以實現(xiàn)一樣的電池壽命。

②也可以在不改變電池容量的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步地去延長整個設(shè)備的使用時間，并且可以更好地實現(xiàn)永久續(xù)航。

如果絕大多數(shù)的客戶想要開發(fā)可穿戴設(shè)備，都希望在2個價值點(diǎn)下工夫。

1）在消費(fèi)者端，例如買藍(lán)牙鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備?，F(xiàn)在市面上的解決方案可能產(chǎn)品使用了1~2年就要沒電了。但是，如果采用Atmosic解決方案的話，電池使用壽命可以直接延長到5~7年。所以可以說，在整個設(shè)備的生命周期中，是不需要更換電池的。因為一般像鍵盤鼠標(biāo)這種設(shè)備用戶不會一直用下去，平均5~7年也就會買個新的了。

2）而對于企業(yè)應(yīng)用，擔(dān)心的就不是更換電池可能會產(chǎn)生成本，因為這些成本都是較小的。企業(yè)級應(yīng)用通常是辦公級的大規(guī)模的應(yīng)用，假設(shè)在樓里裝了大概1萬個信標(biāo)，每6個月都不需要更換電池的話，帶來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 售價定位

在整個藍(lán)牙市場里，并不是一個統(tǒng)一的無法區(qū)分的蛋糕，它其實也是由不同的細(xì)分市場組成的。有的藍(lán)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的競爭。所以在整個這個市場細(xì)分中，Atmosic希望既有具備非常競爭力的價格，同時也在此基礎(chǔ)上考慮到自己的性能優(yōu)勢，給客戶最優(yōu)性價比的解決方案。

6 中國市場

Atmosic公司是在2016年正式成立的，從2018年開始已經(jīng)正式與客戶有所接洽，并且開始做產(chǎn)品上的溝通和設(shè)計。而Atmosic首個海外的辦事處也是在2018年底、2019年初時在中國深圳設(shè)立的。Atmosic在中國本地也自己的銷售團(tuán)隊，同時也有現(xiàn)場的技術(shù)支持和工程師對隨時為客戶提供支持。

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

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

隨著Atmosic在中國市場業(yè)務(wù)不斷地擴(kuò)展，計劃在未來的2年在中國更多的城市開設(shè)辦事處。

7 未來發(fā)展方向

Atmosic公司的愿景就是能夠?qū)崿F(xiàn)電池的永久續(xù)航，能夠降低設(shè)備對電池的依賴性，并且實現(xiàn)無需電池。

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

實際上，在這個行業(yè)，為了能夠保證做一個長青樹，最佳的方法就是永遠(yuǎn)至少領(lǐng)先于你的競爭對手3~4年左右。