近年來(lái)，能量采集主題在電子設(shè)計(jì)界內(nèi)引起了極大的興趣。通過(guò)該程序能夠捕獲、采集到少量能量，然后被電子設(shè)備元件所使用，能夠完成簡(jiǎn)單的任務(wù)，而不需在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中嵌入常規(guī)電源。但是，為了有效實(shí)施，在規(guī)定的組成部件以及系統(tǒng)布局方面，該系統(tǒng)需要以最大可能的效率水平進(jìn)行操作。下文將討論多項(xiàng)技術(shù)難題，并說(shuō)明創(chuàng)新性數(shù)字、模擬和電源管理半導(dǎo)體技術(shù)在克服這些技術(shù)難題方面是如何發(fā)揮關(guān)鍵作用。

目前，使用能量采集（或挖掘）技術(shù)的應(yīng)用包括樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)視器/數(shù)據(jù)采集裝置，以及無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)。由于采集技術(shù)不依賴(lài)于常規(guī)的電源形式，因而具有兩個(gè)關(guān)鍵的生態(tài)效益。首先，它不會(huì)導(dǎo)致化石燃料儲(chǔ)量耗竭；其次，不會(huì)加劇污染程度（原因是不會(huì)產(chǎn)生碳排放，也不用一次性電池）。除了省去接線(xiàn)或電纜布線(xiàn)需求以及由此產(chǎn)生的便利性，原始設(shè)備制造（OEM）和系統(tǒng)集成商此類(lèi)實(shí)施的實(shí)際優(yōu)勢(shì)在于，一旦安裝到位，由于沒(méi)有費(fèi)用單或要求跳閘以更換電池的高額費(fèi)用等，其實(shí)際上沒(méi)有日常運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。

采集所需能量

從環(huán)境中采集能量的方法很多（取決于最適合具體應(yīng)用設(shè)置的方法），產(chǎn)生的功率水平通常在10 μW至400 μW范圍內(nèi)。在使用的機(jī)制中，存在溫度差、動(dòng)力（通常通過(guò)振動(dòng)運(yùn)動(dòng)）、太陽(yáng)能、壓電效應(yīng)、熱電效應(yīng)和電磁效應(yīng)。但是，太陽(yáng)能有可能成為例外，能量采集是“免費(fèi)”能量的觀(guān)點(diǎn)不完全準(zhǔn)確。基于振動(dòng)或熱梯度的能源利用該系統(tǒng)的大量能源垃圾，因此需要納入維修和維護(hù)成本。

現(xiàn)實(shí)世界應(yīng)用的能源范圍指示

通過(guò)采集程序產(chǎn)生的電源可有很多種用途，例如：

開(kāi)關(guān)（樓宇自動(dòng)化）-用于打開(kāi)或關(guān)閉開(kāi)關(guān)的機(jī)械力足以產(chǎn)生數(shù)毫焦（mJ）的能量，以運(yùn)行無(wú)線(xiàn)傳輸器，發(fā)送一個(gè)射頻信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)門(mén)插銷(xiāo)或燈。由于不需要接線(xiàn)，該方法便于操作且美觀(guān)實(shí)用。

溫度傳感器（樓宇自動(dòng)化）-環(huán)境空氣與加熱器之間的溫差能夠提供所需電源，采用無(wú)線(xiàn)方式將溫度數(shù)據(jù)發(fā)回至調(diào)節(jié)系統(tǒng)。

空氣調(diào)節(jié)（樓宇自動(dòng)化）-通過(guò)電磁感應(yīng)，可以利用空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)管道的振動(dòng)產(chǎn)生的電信號(hào)，也能夠通過(guò)該信號(hào)控制空氣調(diào)節(jié)。

遠(yuǎn)程監(jiān)控（工業(yè)/環(huán)境）-可以是無(wú)人監(jiān)控的氣象站、化工廠(chǎng)氣體傳感系統(tǒng)或海嘯報(bào)警系統(tǒng)。一塊太陽(yáng)能電池或小型風(fēng)力渦輪機(jī)就可提供所需能量。

醫(yī)學(xué)植入體（醫(yī)療保健）-例如血糖監(jiān)測(cè)儀，通過(guò)熱量或身體運(yùn)動(dòng)。放在病人皮膚上的低功耗無(wú)線(xiàn)收發(fā)器將數(shù)據(jù)反饋至中樞，且無(wú)需任何電池（以此提高病人的舒適度，并降低產(chǎn)生的不便）。

手表（消費(fèi)者）-能夠使用太陽(yáng)能或動(dòng)能運(yùn)行無(wú)電池的計(jì)時(shí)器。

輪胎氣壓監(jiān)測(cè)（TPMS，自動(dòng)的）-使用表面聲波（SAW）傳感技術(shù)，能夠避免因安裝支持每個(gè)車(chē)輪上溫度/壓力傳感器所需的電池和復(fù)雜電子設(shè)備而產(chǎn)生的問(wèn)題，以此降低材料清單費(fèi)用和所需的工程資源。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)要素

僅電源的μW發(fā)揮作用時(shí)，盡可能對(duì)其充分利用顯然至關(guān)重要。工程師需要努力工作以避免損耗。這涉及硬件和軟件的考量，能夠通過(guò)實(shí)施高效的組成部件以及確保完全的設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)實(shí)現(xiàn)。電子系統(tǒng)必須由低壓電路組成，并提供電源智能管理。由于這些系統(tǒng)操作的偶發(fā)性，很多情況下，采集能量的時(shí)間與隨后應(yīng)用能量的時(shí)間之間沒(méi)有直接關(guān)系，也可能需要考慮能量?jī)?chǔ)存。使用的儲(chǔ)存方法必須為低壓，具有高充電電流和中等放電性能，也可能沒(méi)有自放電能力。位于系統(tǒng)中心的數(shù)字集成電路，必須能夠提供遠(yuǎn)大于處理器的性能，以完成系統(tǒng)任務(wù)，同時(shí)能夠支持低壓操作，確保不超過(guò)功率預(yù)算。另外，集成電路必須足夠劃算，確保其實(shí)施不會(huì)對(duì)系統(tǒng)的總體費(fèi)用產(chǎn)生太大影響，否則該系統(tǒng)將由于標(biāo)價(jià)過(guò)高，而無(wú)法證明已探討的很多能量采集應(yīng)用中的部署是合理的。

通常，如果需要提升性能水平、獲得更大的優(yōu)化或提高集成度，OEM將考慮采取定制方法，并從項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)與特定應(yīng)用集成電路（ASIC）供應(yīng)商接洽。但是，由于這種方法要求大量的前期金融投資以支付NRE成本，因此通常不可行。其后必須有足夠高的單位體積以收回投資。很多能量采集應(yīng)用沒(méi)有足夠大的單位體積構(gòu)成以采用該方法，但是相反，如果沿用僅將現(xiàn)成部件結(jié)合在一起的方法，工程師就不太可能最大化系統(tǒng)的效率。更加糟糕的是，開(kāi)發(fā)程序有可能要求大量時(shí)間和工程資源。