用于物联网的超低功耗唤醒无线电产品　

2012年Roberts[参考文献3]研究了一系列文献中的器件，并且生成一个与图1所示相似的图，针对使用能量收集来源供电的始终在线无线电和使用电池来源供电的监听无线这两种类型的无线电装置显示灵敏度和功耗的比较。低功率电池供电无线电 (在100%占空比下运作时可能消耗1000 W) 通过duty cycle 方式来实现所需的<-90 dBm范围的唤醒灵敏度规范，以及达到低于10 W的平均功率水平（大约50W被视为RF电路正常工作并产生增益的最小值）。干扰处理等其它性能指标也是很重要的，这使许多实际系统超过了图1所示的红线。所有标准协议，比如Zigbee和蓝牙均在这条线之上运作。这个图显示需要大于1/100的占空比因数，以便将功耗降到低于10 W的范围。

图1：针对低功率无线电的功耗和灵敏度对比

例如，假如接收器运作电流(IRX) 5mA，监听时间(Tsniff)为1ms的低功率无线电，在Tp=1s 期间用于单一信道监听的平均电流(Isniff)为：

Isniff = IRX ×(Tsniff/Tp)

= 5 mA ×0.001/1

= 5 A.

许多现有的无线电标准并不足以满足唤醒无线电的要求，针对Wi-Fi技术，对于每5分钟传输数据，并且进行从1s 至1000s的可变时间监听的传感器节点应用，将典型的Wi-Fi无线电装置的耗电量建立一个模型，图2所示为AAA电池的预期使用寿命，其中80%的功率用于应用。此图显示，对于间隔少于20s的较短间隔时间监听应用，使用寿命较差。对于某些应用，更换电池的人力成本可能太高，或者传感器难以接近，在需要1s-2s短迟滞时间的情况中，这个系统的运作性能特别差。

表1比较了Wi-Fi、低功耗蓝牙，以及美高森美开发的专用2.45 GHz唤醒技术。低功耗蓝牙将通告模式(advertising mode)用于启动时的电流消耗作为模型并使用同级最佳功耗器件建立耗电量模型。美高森美的专用唤醒器件用于显著降低唤醒应用的功耗，同时维持良好的灵敏度。

虽然低功耗蓝牙明显优于Wi-Fi，但其唤醒性能对于某些应用来说还是不够，例如，一个220 mAh CR2032钮扣电池将一半的电能用于通信，而可用的110mAh电能预算的其中一半用于唤醒操作，即拥有大约55mAh预算。从表1看出，进行每秒监听，低功耗蓝牙平均消耗20μA电流，得出了2800小时或117天使用寿命。业界通常需要使用寿命以年为单位的系统，请注意低功耗蓝牙是专门设计用于低频率通信，而不是这种特定的异步唤醒。

图2：Wi-Fi使用寿命对比监听间隔

表1：唤醒性能比较