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2023-06-22
微功率：介绍su-Watt技术
【摘要】：极小供电系统的功耗可以低至微瓦级，常常应用于分散的或板载式的传感器等场合，以捕获并传输信息，即检测系统状态并实时地传输给远端监控中心。目前正在开发的微型传感器不仅体积大为减小，而且功耗也大幅度下降。这种开关仅仅需要传输“启/停”信息给被控设备，它可以从环境中获得能量，通过将人按下操作开关时产生的能量转换为电能。各种生物医学仪器，例如植入人体的胰岛素微泵或心脏起搏器，就是典型的应用。
极小供电系统的功耗可以低至微瓦级，常常应用于分散的或板载式的传感器等场合，以捕获并传输信息，即检测系统状态并实时地传输给远端监控中心。由于微电子技术（现在已经发展到了纳米技术）的发展，传感器在功耗上大有改善，现在一些商业化传感器的功耗只为10～100mW。
目前正在开发的微型传感器不仅体积大为减小（整个芯片的尺寸从1mm2降到0.1mm2），而且功耗也大幅度下降。现在的形变检测技术可以使设计出的传感器（如加速度计、陀螺测试仪、霍尔传感器等）平均功耗降到微瓦级。信息的处理和传输等电子技术也取得了相应的进步，但当前的主要问题是，应该将采集的信息在本地处理之后再间断发送，还是直接将传感器检测的信息持续不断地发送给远端的监控中心？
不同的应用需求决定了不同的能量需求，有时简单的应用条件改变也会给供电带来问题。我们以自动开关为例说明这个问题。这种开关仅仅需要传输“启/停”信息给被控设备，它可以从环境中获得能量，通过将人按下操作开关时产生的能量转换为电能。起初，用户可能仅仅是向设备发送“启/停”信息；继而，用户则会对该开关进行编码以区分于其他开关的动作；最后，甚至会设法让开关收到来自系统的信息回馈，以确认系统是否已收到“启/停”信息，而且在必要时能够重发信息。最后这种情况比第一种需要更大的电能供应，因为它不仅能耗更大，而且需要储能设备以便在必要时以不同方式的运行。
显然，实际应用系统的供电方式五花八门，而并不仅限于传感器系统。各种生物医学仪器，例如植入人体的胰岛素微泵或心脏起搏器，就是典型的应用。图4-1给出了不同的系统在工作时所需的功率范围。
图4-1 不同电子设备所需的功率范围
一些板载系统可能需要较大的功率（几瓦），但是以脉冲或断续的方式运行。如一部手机在通话时需消耗功率1～3W，但在待机时仅仅需要几个毫瓦。对于这种以断续方式工作的设备，功率往往不是最主要的制约因素，而是持续工作所需要的能量（见4.1.3节）。
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