隨著半導體製程技術持續進發展，帶動無線設備的功耗和成本不斷下降，使得能量採集單元和電源管理設備的成本也變得更加關鍵，特別是針對智慧家庭聯網的發展，究竟該採取能量採集還是低功耗無線技術，歐洲幾家主導廠商對此提出了不同的因應之道。

荷蘭晶片設計公司GreenPeak Technologies試圖透過視訊轉換盒(STB)和Zigbee協議發展智慧家庭。他們最初使用RF4CE實現更加可靠的遙控器裝置，但隨後改以STB作為控制家庭感測器網路的中心。

圖1:針對遙控器、家庭自動化、安全監控與節能的超低功耗ZigBee應用。圖片來源：GreenPeak Technologies。

“我們一開始使用能量採集方法，但後來找到其它更佳的方法，”GreenPeak公司CEO兼創辦人Cees Links透露，“能量採集方法非常昂貴，因為它需要具備儲存單元和電源管理，而且每個設備都必須具備，因此成本相當高。我們後來把電池組看作是一個能傳送能量的高效率能量採集裝置。這兩種方法差距實在太大，因此我們從能量採集方式轉向採用一種讓電池壽命超過終端產品壽命的方式，這意味著功耗得以降低10倍。”

圖2:2011-2017年全球能源採集設備市場規模及應用領域。資料來源：Yole Developpement, 2012年11月。圖片來源：GreenPeak Technologies。

GreenPeak公司最近推出一款雙模低功耗Zigbee晶片，可用來將低功耗的RF4CE協議鏈接到範圍更廣的Zigbee網路。該公司同時還與博世(Bosch Security Systems)、美國有線電視業者Comcast以及Sony等公司針對智慧家庭系統建立合作關係。“我相信在今後十年內，每個家庭中就算沒有100個至少也有50個Zigbee設備，”他表示，“這種現象正在發生中。”

降低成本的重要方法之一是大量出貨，但這得還取決於全球統一的標準頻率，Links表示。因此，美國和歐洲在低於1GHz的ISM波段採用不同頻率就成為一個關鍵問題，他指出。“我們在美國貝爾實驗室(Bell Labs)合作開發出Wi-Fi，但我們發現大規模的公司厭倦了不同的電源線和不同的頻率設定。因此業界迫切需要統一的頻率和一個開放的標準──這也是蘋果公司(Apple)在1992年採用Wi-Fi時帶給我們的教訓。”

圖3:能量採集無線技術為智慧家庭實現自動供電的無線感測器與開關。圖片來源：EnOcean Gmbh。

德國能量採集先驅EnOcean公司正從最初的建築物自動化市場轉向消費與家庭市場，特別是主要的興趣都來自現有的消費者，據EnOcean公司CEO Laurent Giai-Miniet透露。

Giai-Miniet發現，1GHz以下頻段可為感測器帶來更長覆蓋距離和更低功耗，從而更能有效支援能量採集應用。“2.4GHz的部署存在覆蓋範圍和功能不適合1GHz以下頻段的問題，”他強調，量產並不是問題。“但全球統一於一種頻率下並不是大多數用戶的要求，”他表示，“在ISM頻段，低於1GHz頻段的晶片與模組在全球出貨量方面比2.4GHz更多。”

他就能量採集舉了一個典型的例子，即一款由珀爾帖(Peltier)效應感測器擷取熱能而供電的暖氣閥。“當我們與電信業者和有線電視運營商(MSO)交談時發現，他們發現了電暖器與窗戶間存在資訊交換的價值，即當窗戶開啟時，電暖器能自動關閉。這確實可以達到節省能源的目的，你總不會想在電暖器上裝上一個電池來達到節能的效果吧！”Giai-Miniet表示。此外，使用電燈開關中的動能為無線鏈路供電，則是顯示能量採集真正優勢的另一個例子，他指出。

“珀爾帖元件的成本並不貴，但仍然必須提升電壓，而且現在的用戶真正想要的是具有自我供給熱能的解決方案。”他表示。EnOcean公司還Rohm公司簽署了合作協議，期望將能量採集技術推向亞洲智慧家庭市場。“EnOcean聯盟的300位會員公司中有95家公司正致力開發日本市場。”他透露。

Energy Micro公司也在努力降低無線鏈路的功耗，並計劃在明年中期推出針對2.4GHz和1GHz以下頻段的超低功耗、低成本的整合式無線收發器和控制器，該公司首席執行官Geir Forre透露。Energy Micro公司已經成功展示在熱能、太陽能和機械能等能量採集來源下順利執行的低功耗開發系統。

Atmel公司也發佈了一款低功耗的Zigbee收發器，其靜態電流只有20nA，比前一代元件減少了5倍。這款收發器使用1.8V電源，並採用了一款16MHz 8位元的AVR控制器，在監聽接收模式下只需6mA，發送功率為+3dBm時電流為14.5mA。

在這個領域中還有許多開發行動正進行中。“能量採集與無線應用密切相關，但不一定要取代電池。”美商亞諾德(ADI)公司工業與儀器集團副總裁Mike Britchfield表示，“我們認為能量採集的主要推動力將來自於能量儲存設備，我們也正研發多種產品，主要是電源管理設備。但真正的關鍵在於有人能夠推出以更小溫度差異提供更高功率輸出的殺手級產品。”

GreenPeak和Energy Micro等歐洲公司正主導低功耗無線設備的開發，EnOcean公司則專注於將這些技術整合於使用能量採集資源的模組中。隨著功耗的不斷降低，低成本電池的壽命將超過感測器使用壽命，從而使能量採集的必要性降低。不過，對於從電暖器到燈光開關等應用來說，能量採集仍將發揮重要的作用。

作者：Nick Flaherty

資料來源: eetTaiwan (http://www.eettaiwan.com/emag/1302_03_DT.html)