節(jié)能是電子世界的圣杯，傳感器也不例外。對于廣泛的基于傳感器的應(yīng)用程序而言，低功耗要求和功能已成為必需品，供應(yīng)商正在加緊滿足行業(yè)需求。

在任何關(guān)于低功率的文章中，首先要討論“能量”和“能量”的含義是至關(guān)重要的。前者是完成的工作總量，后者是工作執(zhí)行的速度。 （每單位時(shí)間使用的能量）。這里適用的常見電子方程是：能量=功率×?xí)r間和功率=電壓×電流。因此，本文將重點(diǎn)關(guān)注電力，電流和時(shí)間參數(shù)，以檢查低功耗此外，應(yīng)該注意的是，傳感器網(wǎng)絡(luò)具有各種額外元素，必須包含在任何總體功率預(yù)算中。傳感器部署通常是無線的，并且需要優(yōu)化其能源資源以保持電池壽命。因此，無線系統(tǒng)中的功率要求必須考慮范圍，比特率和其他RF通信因素。為了本文的目的，我們將重點(diǎn)關(guān)注傳感器本身的各種低功耗特性。

移動(dòng)應(yīng)用程序的電力助手

用可充電電池提供1，500至5，000 mWh的總?cè)萘?，就像所有與移動(dòng)電話相關(guān)的東西一樣，用于手機(jī)的加速度計(jì)必須成為功率吝嗇鬼。有些可以使用低于0.02 mWh的能量以50 Hz采樣。針對手機(jī)，飛思卡爾MMA7660FC±1.5 g 3軸加速度計(jì)（圖1）帶有數(shù)字輸出（I2C），是一款超低功耗，薄型電容式MEMS傳感器，具有一系列用戶可配置的省電功能。設(shè)備每秒的樣本數(shù)可以設(shè)置為每秒1到120個(gè)樣本;其工作電流與采用的每秒采樣率成正比。此外，可以關(guān)閉模擬電源（AVDD）以使MMA7660FC進(jìn)入關(guān)閉模式，通常消耗0.4μA（待機(jī)模式：2μA，活動(dòng)模式：在1 ODR時(shí)為47μA（輸出數(shù)據(jù)速率））。

圖1：飛思卡爾MMA7660FC MEMS加速度計(jì)的框圖。

自動(dòng)喚醒/睡眠功能可以將采樣率從每秒較高的用戶選擇樣本切換為每秒較低的用戶選擇樣本，并根據(jù)是否檢測到運(yùn)動(dòng)進(jìn)行更改。使用上述任何選項(xiàng)，用戶可以將器件配置為所需應(yīng)用的最佳功耗級別。

飛思卡爾加速度計(jì)可通過中斷引腳（INT）用于傳感器數(shù)據(jù)更改，產(chǎn)品定位和手勢檢測。該器件采用小型3 x 3 x 0.9 mm DFN封裝。

針對助聽器和家庭醫(yī)療設(shè)備，ADI公司的ADXL362三軸數(shù)字輸出MEMS加速度計(jì)在100 Hz輸出數(shù)據(jù)速率下的功耗不到2μA，在運(yùn)動(dòng)觸發(fā)喚醒時(shí)功耗為270 nA模式。與使用功率工作循環(huán)以實(shí)現(xiàn)低功耗的加速度計(jì)不同，ADXL362（圖2）不會通過欠采樣來混疊輸入信號;它以所有數(shù)據(jù)速率對傳感器的全部帶寬進(jìn)行采樣。

ADXL362的12位輸出分辨率和8位格式化數(shù)據(jù)可在較低分辨率足夠時(shí)提供高效的單字節(jié)傳輸?？商峁?，±4和±8 g的測量范圍，±2 g范圍內(nèi)的分辨率為1 mg/LSB。對于要求噪聲水平低于ADXL362的正常550μg/√Hz的應(yīng)用，可以選擇兩種低噪聲模式（典型值低至175μg/√Hz）中的任何一種，同時(shí)電源電流的增加最小。

省電功能包括：

可調(diào)節(jié)的運(yùn)行激活閾值睡眠/喚醒模式

寬電源和I/O電壓范圍：1.6至3.5 V

操作1.8至3.3 V電壓軌

高分辨率：1 mg/LSB

電池可從幣形電池獲得電量

1.8μA（100） Hz ODR，2.0 V電源; 400 Hz ODR時(shí)3.0μA，2.0 V電源

270 nA運(yùn)動(dòng)激活喚醒模式

10 nA待機(jī)電流

圖2：ADXL362三軸，±2 g/±4 g/±8 g數(shù)字輸出MEMS加速度計(jì)的功能框圖。

它包括一個(gè)深度多模輸出FIFO，一個(gè)內(nèi)置微功率溫度傳感器，以及幾種活動(dòng)檢測模式，包括可調(diào)閾值睡眠和喚醒操作，在6 Hz時(shí)可以低至270 nA（近似值） ）測量率。 ADXL362可在1.6至3.5 V的寬電源電壓范圍內(nèi)工作，并可與以較低電源電壓工作的主機(jī)連接。

更多示例

不是翻轉(zhuǎn)開關(guān)或調(diào)節(jié)控制，占用傳感器用于各種應(yīng)用，包括打開和關(guān)閉照明以及調(diào)節(jié)汽車應(yīng)用中的溫度。這種設(shè)備不僅可以節(jié)省高達(dá)50％的大型辦公室照明成本，還可以提供各種低功耗模式。

Zilog的ZMOTION?檢測模塊用作入侵檢測解決方案，具有用于占用感應(yīng)應(yīng)用的超靈敏檢測模式。熱釋電傳感器和夾式菲涅耳透鏡相結(jié)合，可在不犧牲性能的情況下提供緊湊的解決方案。它還具有更換鏡頭的能力，提供適合各種應(yīng)用的靈活性。在通電時(shí)，熱電傳感器需要時(shí)間來穩(wěn)定，然后才能進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測。 ZMOTION MCU監(jiān)控來自熱電傳感器的直接信號，以確定何時(shí)達(dá)到穩(wěn)定性，從而最大限度地降低所需的上電穩(wěn)定時(shí)間。該模塊僅為25.5 x 16.7 mm（厚度僅為11 mm），因此可輕松適應(yīng)許多尺寸受限的應(yīng)用。傳感器模塊具有2.7至3.6 V的工作電壓，工作溫度范圍擴(kuò)展（-40°至+ 105°C），Zilog還提供ZMOTION開發(fā)套件（圖3）。

圖3：用于占用感應(yīng)應(yīng)用的ZMOTION開發(fā)套件。

有許多商業(yè)，醫(yī)療和工業(yè)環(huán)境依賴于電源有限的低壓傳感器?；裟犴f爾（中國）的HIH-5030/5031系列低壓濕度傳感器的工作電壓低至2.7 VDC，通常是電池供電系統(tǒng)（標(biāo)稱電壓為3 VDC）的理想選擇。

HIH-5030/5031系列濕度傳感器專為大批量OEM用戶設(shè)計(jì)。通過該傳感器的近線性電壓輸出，可以直接輸入控制器或其他設(shè)備。 HIH系列的典型電流消耗僅為200 A，非常適合許多低功耗，電池供電的系統(tǒng)。

有時(shí)，應(yīng)用程序的大小限制決定了傳感器必須具有的低功耗。在圖像傳感領(lǐng)域，具有圖像穩(wěn)定功能的OmniVisionOV3640?英寸高性能300萬像素相機(jī)傳感器和MIPI是一款功能豐富的CMOS CameraChip傳感器，采用?英寸光學(xué)格式。它基于OmniVision的1.75μmOmniPixel3架構(gòu)，具有超高堆疊高度（ULSH），具有出色的低光靈敏度（500 mV/lux-s），并顯著改善了噪聲和動(dòng)態(tài)范圍（65 dB）。

高度集成的OV3640（圖4）采用了先進(jìn)的圖像信號處理器（ISP），具有新功能，例如不需要外部元件的圖像穩(wěn)定/防抖（AS）引擎，同時(shí)還降低了功耗。嵌入式微控制器支持內(nèi)部自動(dòng)對焦（AF）引擎，可編程通用I/O模塊支持外部自動(dòng)對焦控制。

圖4：OV3640功能框圖。

OV3640還包含集成壓縮引擎（JPEG），簡化了帶寬受限的接口。它足夠小，可以安裝標(biāo)準(zhǔn)的8 x 8 mm固定焦點(diǎn)插座以及8.5 x 8.5 mm AF插座，非常適合現(xiàn)有低百萬像素照相手機(jī)設(shè)計(jì)中使用的現(xiàn)有相機(jī)模塊的直接升級。

超低功耗OV3640的應(yīng)用包括手機(jī)，玩具，PC多媒體和數(shù)碼相機(jī)。

技術(shù)進(jìn)步

與Imec，比利時(shí)魯汶研究中心，代爾夫特理工大學(xué)和埃因霍溫科技大學(xué)合作，研發(fā)機(jī)構(gòu)霍爾斯特中心最近提供了下一代動(dòng)力的預(yù)覽 - 通過顯示自校準(zhǔn)傳感器設(shè)備來節(jié)省傳感器，該傳感器設(shè)備能夠以比當(dāng)前最先進(jìn)的解決方案更低的輸入功率水平收集RF能量。歐洲868 MHz ISM頻段的消聲室測量結(jié)果顯示，1 V輸出靈敏度為26.3 dBm，而1.78 W RF源靈敏度為25 m。據(jù)報(bào)道，收割機(jī)的最大端到端功率轉(zhuǎn)換效率為31.5％。

RF能量采集器的關(guān)鍵構(gòu)建模塊是五級交叉連接橋式整流器，高Q天線和7位電容器組。整流器通過電容器組與天線共振。添加控制回路以補(bǔ)償天線整流器接口的任何變化并被動(dòng)地增強(qiáng)天線電壓以增強(qiáng)靈敏度。電容器組和整流器采用標(biāo)準(zhǔn)的90 nm CMOS技術(shù)實(shí)現(xiàn)，并受到ESD保護(hù)。有源芯片面積僅占0.029mm2。

霍爾斯特的研究人員表示，這種設(shè)計(jì)克服了現(xiàn)有射頻能量采集器的一些局限性。今天的射頻收割機(jī)要么靈敏度差，要么需要校準(zhǔn)，需要特殊的技術(shù)工藝，要么是大芯片/天線區(qū)域。與現(xiàn)有解決方案相比，新設(shè)備消耗更小的天線面積，有利于需要小尺寸的應(yīng)用（例如傳感器），同時(shí)以較低的頻率工作。由于其靈敏度和無線范圍性能，現(xiàn)在可以通過RF源覆蓋增加的面積。這進(jìn)一步使該裝置適用于在其他能源（例如光，振動(dòng)）的應(yīng)用中為小型傳感器系統(tǒng)供電?；驘崽荻炔豢捎?。預(yù)計(jì)它還將為從環(huán)境Wi-Fi或GSM信號中獲取傳感器的RF能量鋪平道路。