無線充電技術(shù)已經(jīng)率先在智能手機領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)，下一步就將覆蓋各種可穿戴設備。
未來的物聯(lián)網(wǎng)世界會是什么樣子呢?想象空間無限，但可以肯定的一點是，在萬物互聯(lián)并且高度智能的物聯(lián)網(wǎng)時代，設備的數(shù)量幾乎多到了難以計算。無論是在家庭住宅中，還是在辦公室和工廠，任何一個地方都部署了由成千上萬個傳感器組成的網(wǎng)絡，讓人們的生產(chǎn)生活獲得了更高的自動化、更低的成本、更好的安全性以及更高效的決策，從而在提高生產(chǎn)效率的同時，也提升了人們的生活質(zhì)量。但是，你有沒有想過，這些海量的物聯(lián)網(wǎng)設備，如何才能獲得工作所需的電能呢?這看似是一件小事兒，卻是物聯(lián)網(wǎng)必須解決好的大挑戰(zhàn)。
海量設備
讓小事兒成為大挑戰(zhàn)
物聯(lián)網(wǎng)設備的充電之所以會成為必然挑戰(zhàn)，關(guān)鍵在于設備數(shù)量之多。
在未來物聯(lián)網(wǎng)世界里，幾乎地球上的每一個“東西”都將獲得一個獨特的IP地址，這個地址最終促成了萬物互聯(lián)以及萬物之間的溝通與互動。從目前來看，這些“東西”已經(jīng)包括了人們生活中離不開的手機、電腦，以及家庭中的各種電器，如電視、冰箱、空調(diào)、咖啡機乃至窗簾、暖氣等，還包括了智能汽車中的各種傳感器等;而在工廠中，萬物互聯(lián)的“東西”正在涵蓋越來越多能夠通過電源開關(guān)控制的各種設備。而且，物聯(lián)網(wǎng)能夠連接的“東西”遠不止于此。隨著通信技術(shù)，尤其是無線技術(shù)正變得越來越先進，世間萬物的“智能化”正在成為一股無法阻擋的趨勢。事實上，雖然電視、冰箱和咖啡機已經(jīng)面世多年，但也只是在最近幾年它們才開始實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的連接。顯然，隨著技術(shù)的持續(xù)進步，未來實現(xiàn)互聯(lián)的“東西”的數(shù)量將不可估量。有數(shù)據(jù)顯示，截至2015年2月，連接至互聯(lián)網(wǎng)的設備數(shù)量約為148億臺;到2020年，這一數(shù)字將達到500億。
在浩瀚的物聯(lián)網(wǎng)星空里，每一個“東西”就如同一顆星星，而每一顆“星星”要與其他“星星”互動，前提是這顆“星星”自身要能夠“發(fā)光”，也就是具備能量。從這個角度來看，如何為物聯(lián)網(wǎng)設備充電已經(jīng)成為必須解決的重要問題，因為這是與網(wǎng)絡連接的基礎(chǔ)，這也為半導體產(chǎn)業(yè)提出了新的挑戰(zhàn)和新的商機。
“花式”充電炫酷來襲
海量物聯(lián)網(wǎng)設備的充電問題之所以會成為大挑戰(zhàn)，根本上來源于傳統(tǒng)充電方式的局限，如果換種思路，那種局面就會大不相同。事實上，打破常規(guī)的充電方法已經(jīng)涌現(xiàn)，例如讓物聯(lián)網(wǎng)設備自動充電，采用創(chuàng)新的無線充電技術(shù)以及尋找創(chuàng)新的低功耗電源管理技術(shù)等。這些“花式”充電技術(shù)正在讓物聯(lián)網(wǎng)星空里的“星星”能夠從容散發(fā)出各自的光芒。
自動充電，是一個看上去很美的解決方案。從現(xiàn)實的驅(qū)動力來看，傳感器節(jié)點的數(shù)量通常多達數(shù)十億個，更換電池所花費的時間和成本是十分巨大的，因此很多無線傳感器必須能夠自動充電。在這個方向下，從周圍環(huán)境中采集能量就成為首選的解決方案，其他方面的努力則包括通過提升可充電存儲設備的容量來延長電池更換的間隔時間甚至無需更換電池。目前，傳感器節(jié)點可以獲得的能源種類已經(jīng)相當豐富，例如太陽能、熱能和振動能，甚至是利用周圍的無線電頻率(RF)以及使用者的動能來進行能量轉(zhuǎn)換。與此相應，半導體企業(yè)正在發(fā)力多樣化的能源采集器、存儲器和負載技術(shù)，以便從不同能源中盡可能多地采集能量。
無線充電，則是應對挑戰(zhàn)的一個看得見、摸得著的途徑，尤其是在可穿戴設備領(lǐng)域。可穿戴設備，正成為物聯(lián)網(wǎng)世界的一方“沃土”。據(jù)瑞士信貸集團預測，在未來5年內(nèi)，智能手機將成為可穿戴設備的“私有云”，而平均每個用戶都會隨身攜帶至少一到兩個此類可穿戴產(chǎn)品。可穿戴設備在為人們的生活帶來革命性變化的同時，也帶來了諸多使用中的不便，其中重要一項就是這些微型設備往往使用了不同的充電線纜和接頭。與此相應，無線充電技術(shù)成為一個消除不便的重要選擇，并且能夠大大提升用戶體驗。正因為如此，無線充電技術(shù)成為時下科技界的熱門技術(shù)，并且形成了三大標準陣營——WPC、PMA以及A4WP。其中，WPC的支持者包括華碩、HTC、華為、LG、摩托羅拉、諾基亞、三星、黑莓和索尼，PMA背后的廠商和機構(gòu)包括AT&T、Google、金霸王電池、星巴克、Powermat Technologies、偉創(chuàng)力、美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)和能源之星，主要應用電磁感應無線充電技術(shù)，A4WP的支持廠商包括博通、吉爾電子、IDT、英特爾、高通、三星、Gill Industries和WiTricity，目標是為包括便攜式電子產(chǎn)品和電動汽車等在內(nèi)的電子產(chǎn)品的無線充電建立技術(shù)標準，使用的是磁共振無線充電技術(shù)。
如果說自動充電和無線充電是“開源”，那么更低功耗的電源管理技術(shù)，則是“節(jié)流”方向下的一個應對策略。值得注意的是，電源管理技術(shù)必須根據(jù)終端的不同而采取不同的策略。例如，可穿戴設備關(guān)注更高的效率來使得電池待機時間更長，并且由于空間的限制，電源管理IC封裝尺寸必須越來越小;而在車聯(lián)網(wǎng)中，針對汽車應用中功耗較大的處理器，電源管理IC則要盡量提高效率來減少熱量產(chǎn)生，幫助散熱和提高可靠性。與此同時，隨著應用處理器電源架構(gòu)變得越來越復雜，電源管理必須更加精細，才能優(yōu)化系統(tǒng)性能。此外，電源管理技術(shù)的一個重要趨勢是必須變得越來越安全，這是因為物聯(lián)網(wǎng)和系統(tǒng)的高度自主化致使人為監(jiān)督和參與會越來越少，設備自身的安全和可靠性變得尤為重要。
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