Atmosic的蓝牙方案神奇了 可实现物联网设备永久续航或无需电池

做蓝牙芯片和模块的厂商很多，但是美国的Atmosic（谋思科技）很有颠覆性——可实现电子产品的永久续航或无需电池。这是怎么做到的？适合哪些应用场景?

近日，Atmosic举办媒体线上沟通会，首席执行官David Su和营销及业务拓展副总裁Srinivas Pattamatta介绍了这种新技术。

Atmosic首席执行官David Su和营销及业务拓展副总裁Srinivas Pattamatta

1   重新定义IoT设备的电池寿命

物联网(IoT)正风生水起。其中，无需担心电池寿命或无电池条件下接入物联网是非常重要的一类应用。这不仅可以节能，也可减少电池对环境的污染。

为此，Atmosic提出了创新的蓝牙SoC方案，主要的定位市场是IoT设备，例如消费类电子产品、家居环境、数据以及传感上，此外，这些基础技术解决方案也可以不断地扩展和放大，适用于不同的应用场景。

Atmosic的产品和解决方案有3项核心的创新技术。

1）超低功耗射频。相比友商，可以实现5~10倍的功耗以及相关电源能耗的降低。

2）射频唤醒技术。可以让设备无需使用是的时候随时保持休眠状态，只在需要的时候被唤醒。

3）受控能量收集技术。可以适用不同的能量收集来源，包括射频、光能以及动能等等。

2   优异特性及应用案例

下图是Atmosic蓝牙5.0产品一个简单的架构图。基于此架构，Atmosic有优异的超低功耗性能；同时，友有非常差异化的特点——解决射频唤醒、受控能量收集。

目前，Atmosic有2个蓝牙系列产品。

1）M2系列解决方案：可以提供超低功耗的蓝牙5.0的连接，同时支持射频(RF)唤醒，以支持永久续航。

2）M3系列解决方案：在M2的基础之上增加了受控能量收集技术，可以进一步地实现无需电池。

M2与市面上一些主要竞争对手的解决方案比较，可以看到，TX值比对手低了超过2倍之多；同时，接收器的功耗也比对手低了近6~7倍；如果针对每秒传输1次数据的蓝牙信标，功耗比对手降低4倍（如下图）。

Atmosic有2个合作案例。

①TraceSafe主要是一家开发接触追踪的解决方案公司，它开发的手环及相关的物联网设备非常适合现在新冠肺炎疫情的大环境。

②与SMK合作，开发的是远程摇控器及其他物联网设备。

3   如何实现低能耗、无电池

为了更好地实现永久续航以及无需电池的愿景，必须满足以下3个主要的条件：

①超低功耗；

②进行外界能量的收集，能量可来源于射频、光能、动能或者说是热能；

③能量的存储。为了实现能源的存储，可以采用超级电容或可充电电池、标准电池。通过Atmosic的受控能量收集技术，只要收集到的外界能量能够实时地保证大于设备运行所需要的超低功耗，就可实现永久续航，以及无需电池的应用场景。

Atmosic有3个例子，分别是射频能量收集，光能量收集，动能收集。

●   射频能量收集。有采用射频能量收集技术的员工卡。在员工与计算机接近的时候，卡里内置的芯片就会自动与设备进行接触，并且开始射频能量的收集。

●   光能量收集。例如传感器标签，一旦接触，并且光能达到200普朗克时，Atmosic芯片就开始自动收集光能，并且进行存储。

●   动能收集。例如一个简单的开关，通过对开关的打开以及闭合，这个动能产生的能量就已经足够可以支持对1个灯泡的供电。

以下是该技术的一些设计细节。

3.1   关于射频唤醒，是射频的哪些频段，如何唤醒？

Atmosic对自己的接收机做了专门的设置和调整，可以对接收机进行启动及自动关闭的，而它的运行频段基本上是从200Hz~220 MHz不等。

由于设备在采用的时候都进行了射频信号的导入，而基于射频信号的不同，CPM(连续相位调制)将会自动判断是否要把接收器打开或激活，这解决了射频唤醒技术。

这里补充一点，参见Atmosic蓝牙5.0的架构图（下图），Atmosic所设计的接收器和之前市面上常见的蓝牙接收器是非常不同的。Atmosic接收器上的射频唤醒是集中在一个模块上的，整个这个模块都会处于休息的状态，而不像蓝牙设备一样要么开、要么关，只有能选择是或者不。

而作为具体信号传输的大小，究竟什么样的信号可以起到射频唤醒的作用？这可以通过程序进行编写。不管是从笔记本还是其他的设备、接入点上都可以对它进行设置。

除此之外，在其他用于唤醒Atmosic射频模块的设备上是不需要使用Atmosic芯片的。换句话说，客户可以随时采用Atmosic的芯片产品，并且与其他任何只要能够发出信号的设备来进行结合使用。

3.2   目前能量收集的效率表现如何?

这取决于采用的是哪种能源的收集方式。

如果采用的是射频，效率在50%左右。当然，这也是取决实际的应用场景以及具体信道通路的大小。

而作为光伏发电，通常会用一些PV(光伏)电池。这也取决于光源的强度，有多少光能照射到你的光伏板上的。

动作收集方面，基本上用非常小的动作就可以生成非常大的能量，是以毫瓦级来进行计算的。

整体上，永久续航和无需电池是两种技术的有机结合体：

①本身设备功耗就非常低，②再结合Atmosic的解决方案，随时进行能源的收集。

3.3   哪种超低功耗技术最关键？

如果超低功耗是一个系统工程的话，其中包括超低功耗射频，射频唤醒，受控能量收集技术等，未来，从进一步降低功耗的角度来看，哪方面的潜力更大？

实际上，就目前来看，超低功耗解决方案是客户实现以及部署起来最为便捷的一项技术。

而剩下的两项技术，目前它们的差异化更小。这也是Atmosic在市面上最主要的两项差异化的产品。所以Atmosic非常期待这剩下的2项创新技术在市面上的表现和发展。

而Atmosic这些解决方案的组成架构，包括能源收集方案，在2020年年底之前都会有具体的方案正式推出。

3.4 Atmosic的TX和IX如何做到更低？

在有关能耗方面，客户会采用Atmosic所谓的亚阈值设计。当然，Atmosic的技术更多的是适用于数字逻辑的，有关混合信号逻辑是要采用另外一种不同的技术解决方案。

而通过Atmosic亚阈值逻辑，它的基本原理是通过对供应电压以及具体的调整来更好地控制能耗的消耗。而在混合的环境下对供应电压来进行二次的调整，可能它的效果就没有那么好了。

所以在设计框架当中，Atmosic调整的并不仅仅是供应电压的这1个换能器，采用的是多维度、多参数的调节来实现对它的控制。

除了供应电压之外，Atmosic也会对整个电流包括信号的摆幅和整个架构的选择来统一地考虑到其中，来整体实现功耗的下降。

总而言之，Atmosic这几项专利技术和解决方案是超出了传统的亚阈值逻辑针对单参数的调整，可以同时针对多个参数对它进行设计。

3.5 能量收集和蓝牙收发是否会互相影响？

这要取决于你能量收集的来源是什么。如果采用的是射频能源进行收集的话，就取决于你采用的频段。如果两者频段是完全一样的，可能会有干扰的。

但是，Atmosic在设计能源收集时特地选择了220 MHz内的不同频段，所以，如果你的频段只要不是和它完全一样，就不会有影响。

但是，如果你用的是光能或者是热能等其他的能源收集方式，两者之间就不会存在干扰的可能。

3.6 在研发过程中的其他技术挑战

“研发”这个词本身就代表着无极限的困难，你永远不知道你在过程中会面临什么样的挑战，以及什么样多样化的问题。就拿受控能量收集技术来举例，Atmosic受控能量收集技术整个开发过程大概花了3年时间。

而作为集成，能量收集与芯片的集成是非常典型的CMOS技术。Atmosic的换能器已经集成在裸片上了，通过这种方式来更好地实现控制。另外，Atmosic会给客户提供参考设计的框架，来给他们做后续的开发。

实际上，在开发过程中面临的挑战是非常多的，其中最大的挑战就是在不同的模式之间的复杂性是非常大的，如何在不同的模式之间选择一个正确的组合，这是面临的最大挑战之一。

例如，受控能量收集技术有很多不同的应用场景，如何针对每个不同应用场景的特定需求进行调整，了解他们具体的需求。而且能量收集的来源也是多种多样的，如何了解这些非常大的差别。而更重要的是如何把这些不同的能量的收集方式以及收集来源有机地整合为一体，这些都是很大的挑战。所以整体看，开发过程中最困难的就是打造一个完整的、有机的协调的系统。

4 应用场景

客户通常有2个选择：

①可以选择1个更小的电池，因为可以实现一样的电池寿命。

②也可以在不改变电池容量的基础上，进一步地去延长整个设备的使用时间，并且可以更好地实现永久续航。

如果绝大多数的客户想要开发可穿戴设备，都希望在2个价值点下工夫。

1）在消费者端，例如买蓝牙键盘、鼠标等设备。现在市面上的解决方案可能产品使用了1~2年就要没电了。但是，如果采用Atmosic解决方案的话，电池使用寿命可以直接延长到5~7年。所以可以说，在整个设备的生命周期中，是不需要更换电池的。因为一般像键盘鼠标这种设备用户不会一直用下去，平均5~7年也就会买个新的了。

2）而对于企业应用，担心的就不是更换电池可能会产生成本，因为这些成本都是较小的。企业级应用通常是办公级的大规模的应用，假设在楼里装了大概1万个信标，每6个月都不需要更换电池的话，带来的并不仅仅是成本的降低，还有人力资源以及其他的成本降低。

5 售价定位

在整个蓝牙市场里，并不是一个统一的无法区分的蛋糕，它其实也是由不同的细分市场组成的。有的蓝牙产品定位低成本/低端，也有的是中端的产品，也有高端的产品。

目前，Atmosic的定位是要参与到中端市场的竞争。所以在整个这个市场细分中，Atmosic希望既有具备非常竞争力的价格，同时也在此基础上考虑到自己的性能优势，给客户最优性价比的解决方案。

6 中国市场

Atmosic公司是在2016年正式成立的，从2018年开始已经正式与客户有所接洽，并且开始做产品上的沟通和设计。而Atmosic首个海外的办事处也是在2018年底、2019年初时在中国深圳设立的。Atmosic在中国本地也自己的销售团队，同时也有现场的技术支持和工程师对随时为客户提供支持。

除此之外，Atmosic在中国市场也建立起了自己的经销商的网络，以及技术支持第三方的合作网络。

而且Atmosic在中国市场有很多的ODM和OEM的合作方，还有生产的厂商，都可以帮助Atmosic在中国市场不断地拓展，并且给客户提供帮助。

随着Atmosic在中国市场业务不断地扩展，计划在未来的2年在中国更多的城市开设办事处。

7 未来发展方向

Atmosic公司的愿景就是能够实现电池的永久续航，能够降低设备对电池的依赖性，并且实现无需电池。

Atmosic现在做的都是蓝牙的市场，但是对其他连接技术也是保持着非常开放的态度，例如Wi-Fi、NFC和蓝牙以及GPS等的可能性。所以说在未来Atmosic并不会把自己限制在一个框架里面，Atmosic也是有很多其他技术的前景可以展望，可以开发的。

实际上，在这个行业，为了能够保证做一个长青树，最佳的方法就是永远至少领先于你的竞争对手3~4年左右。