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低功耗MCU的機(jī)遇

來源：日期：2023-07-03 13:48:30

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由于ULP MCU的主要應(yīng)用是可穿戴技術(shù)，因此以極低的系統(tǒng)功耗處理邊緣數(shù)據(jù)至關(guān)重要。能量收集減少了對(duì)可穿戴技術(shù)電池的能量需求，電池的能量有限，需要在電量耗盡后定期充電或更換。電池的廢棄處理也存在挑戰(zhàn)，因?yàn)殡姵厮玫牟牧喜灰谆厥?。ULP MCU能量收集器通過壓電、電磁或摩擦電發(fā)電機(jī)捕獲動(dòng)（機(jī)械）能。

“壓電”意為擠壓或按壓。動(dòng)能壓縮壓電材料，產(chǎn)生電場。工程師根據(jù)預(yù)期的機(jī)械負(fù)載和電場密度選擇材料，并平衡其功率貢獻(xiàn)潛力與材料特性，這些特性會(huì)在電場存在時(shí)使材料變形。這些相互競爭的因素使設(shè)計(jì)人員能夠優(yōu)化能量收集器對(duì)反復(fù)增加主電池功率所做的貢獻(xiàn)。一些估計(jì)表明，動(dòng)力運(yùn)動(dòng)平均可為ULP MCU的主電源增加10mW。

另一種用于小型MCU的能量收集技術(shù)是電磁輻射。無線電、紅外線、紫外線和微波通過空氣攜帶輻射能。環(huán)境電磁波使磁場中的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，通過特定尺寸的磁鐵和氣隙設(shè)計(jì)將機(jī)械振動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能。這種方法能為系統(tǒng)貢獻(xiàn)大約0.3mW的收集功率。

ULP MCU的最終轉(zhuǎn)換介質(zhì)是摩擦電納米發(fā)電機(jī) (TENG)。該技術(shù)將[不同]材料應(yīng)用于承受機(jī)械運(yùn)動(dòng)（如旋轉(zhuǎn)、振動(dòng)、擺動(dòng)和膨脹/收縮）摩擦的表面。電極支撐這些材料，回收由材料摩擦產(chǎn)生的電荷不平衡（靜電）所產(chǎn)生的能量。這種方法提供的補(bǔ)充功率是壓電的十分之一，大約為1-1.5mW。

對(duì)于可穿戴技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，超低功耗MCU的日常應(yīng)用大概消耗數(shù)十毫瓦的功率。鋰離子電池是以合適的時(shí)長提供電力的絕佳選擇。但電池在寒冷天氣的敏感性和用戶對(duì)延長電池壽命的需求推動(dòng)著當(dāng)前技術(shù)不斷突破極限。通過壓電、電磁輻射和摩擦電源收集機(jī)械能，可為電池提供高達(dá)10%的輔助壽命。

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