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新型超低功耗无线网卡诞生,一颗纽扣电池可撑数年

2020-03-13    来源:中国企业网
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[ 导读 ]:便携且真无线的智能家居设备、低功耗的可穿戴设备以及无电池智能设备,这些物联网的重大进步可能将要实现,因为加州大学圣地亚哥分校的电气工程师研发了一种超低功耗的 WiFi 无线网卡。
便携且真无线的智能家居设备、低功耗的可穿戴设备以及无电池智能设备,这些物联网的重大进步可能将要实现,因为加州大学圣地亚哥分校的电气工程师研发了一种超低功耗的 WiFi 无线网卡。

这个无线网卡封装在比米粒还要小的芯片上,功率只有 28 微瓦,它可以使物联网设备与 WiFi 网络通信,而功率仅为现有无线网卡的 1/5000。同时,这种新的无线网卡可以在高达 21 米范围内以每秒 2 兆比特的速度传输数据,这个速度足以传输音乐和 YouTube 上大部分的视频。

新型超低功耗无线网卡诞生,一颗纽扣电池可撑数年
图丨在小芯片中集成的超低功率无线网卡,它的面积仅为 1.5 平方毫米,右侧米粒为参考刻度(来源:David Baillot/UCSD)

该团队在 2 月 16 日至 20 日在旧金山举办的 2020 年 IEEE 国际固态电路峰会(ISSCC 2020)期间展示了其工作。

加州大学圣地亚哥分校电气和计算机工程学教授 Dinesh Bharadia 表示:“您可以将手机、智能设备,甚至是小型相机或者各种传感器连接到该芯片,它可以将设备中的数据直接发送到附近的 WiFi 网络。只需要一颗纽扣电池就可以使用数年。”

新型超低功耗无线网卡诞生,一颗纽扣电池可撑数年
图丨 Dinesh Bharadia 教授手持一块电路板,黑色斑点下方的组件就是新的无线网卡(来源:ucsd)

商用的无线网卡通常功耗需要几百毫瓦才能将物联网设备与 WiFi 连接。这就导致兼容 WiFi 的设备需要自身配备很大的电池,频繁充电或者接入其他外部电源才能维持运行。

与 Bharadia 教授共同领导这项工作的加州大学圣地亚哥分校教授 Patrick Mercier 表示:“这款无线网卡的功率足够低,从现在开始,我们可以不用考虑非得将物联网设备嵌到墙壁使用。未来会有更多体积更小而且完全无线的物联网设备。”

畅想一下,有了这种新的无线网卡,一台便携式的 Google Home 设备,我们可以随身携带并且使用数年时间不用考虑充电,而不像现在拔了插头几个小时就没电了。

Mercier 教授补充道:“新的无线网卡还可以将目前因为不能满足现有 WiFi 的功率需求而没有实现物联网连接的设备,接入物联网。例如烟雾报警器,而且其电池更换不会有太大的负担。”

这种新的无线网卡是用过一种称为反向散射的技术来传输数据,从而以极低的功率运行。它从附近的设备(例如智能手机)或者 WiFi 接入点获取传入的 WiFi 信号,修改信号并将自身的数据编码到该信号上,然后将信号反射到另一个设备的不同 WiFi 通道或者访问点。

新型超低功耗无线网卡诞生,一颗纽扣电池可撑数年
图丨反向散射过程的图示(来源:ucsd)

这项工作建立在低功率 WiFi 无线电技术基础之上,Bharadia 教授曾从事该技术研发并取得斯坦福大学的博士学位。在这项工作中,他与 Mercier 教授合作开发了这种更低功耗的 WiFi 无线电。他们通过内置一个称为唤醒接收器的组件来实现超低功率。仅在需要与 WiFi 信号通信的时候,才 “唤醒”WiFi 无线电,因此它可以在其余时间保持低功率睡眠模式,在这种睡眠模式下只有 3 微瓦的功耗。

新型超低功耗无线网卡诞生,一颗纽扣电池可撑数年
图丨 Bharadia(中)与研究生 Rohit Kumar(左)和 Manideep Dunna(右)一起展示了 Wi-Fi 无线电在两个兼容 Wi-Fi 的设备之间反向散射的装置(来源:ucsd)

研究团队对该技术的改进还包括用于反向散射数据的定制集成电路,这使整个系统更小且更高效,从而使他们的 WiFi 无线网卡能在更长的通信范围(21 米)运行。研究人员表示,21 米是智能家居环境中进行操作的实用距离。

Mercier 教授表示,“我们在这里展示了一种实用的芯片设计,它实际上还可以应用在小型低功耗设备中。”

这项研究成果已发表,论文题目为 “A 28µW IoT Tag that can Communicate with Commodity WiFi Transceivers via a Single-Side-Band QPSK Backscatter Communication Technique”。

 
 
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