NUS研究人员发明了一种低成本的“无电池”唤醒定时器，可将IoT传感器节点的功耗降低1000倍，从而有助于持久运行。唤醒定时器嵌入在测试芯片中，并置于更大的封装中（由两个研究人员持有），以便于测试和表征。左起：新加坡国立大学工程学院的Orazio Aiello博士和Massimo Alioto副教授

新加坡国立大学（NUS）的绿色IC研究小组的研究人员发明了一种低成本，无电池唤醒定时器，其形式为片上电路，可显着降低互联网上的硅芯片的功耗物联网（IoT）传感器节点。NUS团队新颖的唤醒计时器首次展示了功耗降至真正的picW范围（比智能手表低10亿倍）的成就。

“我们开发了一种新颖的唤醒定时器，该定时器可在picoWatt范围内运行，并将很少活动的IoT传感器节点的功耗降低了1000倍。作为独特性的一部分，我们的唤醒定时器不需要任何其他电路，与传统技术相比，传统技术要求外围电路至少消耗1000倍以上的功率（例如，稳压器），这是加速IoT基础设施发展的重要一步，并为长期积极地将IoT设备小型化铺平了道路持久的运作。”国大工程学院电气与计算机工程系的负责人Massimo Alioto副教授说。

这项研究是与意大利都灵理工大学的Paolo Crovetti副教授合作进行的。

启用持久的物联网应用

物联网技术将推动智慧城市和智慧生活的实现，通常需要大量部署具有极低功耗和数十年电池寿命的智能化，微型化硅芯片传感器，这仍然是迄今为止的主要挑战。

物联网传感器节点是包含一个或多个传感器以及用于数据处理，无线通信和电源管理的电路的单个小型系统。为了保持较低的功耗，它们大多数时候都处于睡眠模式，并且唤醒定时器用于触发传感器执行任务。由于大多数时间都处于开启状态，因此唤醒计时器可设置IoT传感器节点的最低功耗。它们在降低片上系统的平均功耗方面也起着根本性的作用。

NUS发明大大降低了嵌入式IoT传感器节点中唤醒计时器的功耗。“在典型的办公室照明条件下，我们新颖的唤醒定时器可以由一个非常小的片上太阳能电池供电，该太阳能电池的直径类似于一根人类发丝的直径。它还可以由毫米级的电池维持数十年， ” Alioto副教授解释道。

这项技术突破在2018年夏威夷檀香山举行的VLSI技术和电路专题研讨会上公开发布，这是全球首屈一指的全球论坛，展示了固态电路和片上系统的进步。

超低功耗

NUS团队的创新picoWatt范围唤醒定时器由于对电源电压的敏感度降低而具有前所未有的无需任何稳压器即可运行的能力，从而抑制了此类外围常开电路通常消耗的额外功率。唤醒定时器还可以继续操作，即使没有电池可用且在非常稀缺的环境功率下也是如此，这可以通过暴露在月光下的小型片上太阳能电池来证明。

大大降低了生产成本

此外，该团队的唤醒定时器可以使用非常小的片上电容器（半微微法拉）实现缓慢且不频繁的唤醒。由于所需的面积小（每侧40微米），这有助于显着降低硅制造成本。

“总体而言，这一突破是通过电路创新通过系统级简化来实现的。我们已经展示了具有更低功耗的硅芯片，这些芯片将定义下一代IoT节点的外形。这将有助于实现价格低廉，毫米级的终极愿景。该部门的客座研究员Orazio Aiello博士说：“可以扩展并最终实现无电池的传感器节点。”

下一步

该小组目前正在对低成本，易于集成，能源自治硅系统的电力消耗从picoWatts子纳瓦。这些关键子系统将使未来的无电池传感器成为现实，最终目标是构建完整的无电池片上系统。这将是实现全球物联网愿景的重要一步。