全球的傳感器市場在一波又一波的技術(shù)工藝革新，需求升級中呈現(xiàn)出了快速增長的趨勢。尤其物聯(lián)網(wǎng)概念興起的今天，將傳感器在現(xiàn)有基礎(chǔ)上又推向了新的應用方向。在目前的傳感器行業(yè)中，越來越多的企業(yè)開始進入MEMS工藝，AI結(jié)合等關(guān)鍵領(lǐng)域，開始向智能化，微型化，低功耗等方面發(fā)展。

拋開智能化這個寬泛的概念，微型低耗其實是不僅存在于傳感器行業(yè)，對器件而言都較為普適的發(fā)展方向，而今天要聊的話題則是較新的傳感器無源化發(fā)展方向。

無源傳感器也稱為能量轉(zhuǎn)換型傳感器，最明顯的特征就是它不需要外部電源，即不需要使用外來接電源的傳感器且可以通過外部獲取到能源的感應傳感器。對電子產(chǎn)品來說，電源就是動力。尤其對于傳感器這類產(chǎn)品來說，電源技術(shù)對產(chǎn)品的穩(wěn)定性、可靠性、壽命都有密切的關(guān)聯(lián)，傳感器節(jié)點的供電問題一直是系統(tǒng)設計中的重點。在傳感器集成度越來越高的情況下，無源化可以從根本上解決傳統(tǒng)解決方案的供電問題。

傳統(tǒng)能量收集方式

傳統(tǒng)的節(jié)點能量收集一般圍繞振動，應變，溫度和光來做文章。以高溫高壓環(huán)境為例，傳感器在此環(huán)境中一般有熱電式、壓電式和電磁式來實現(xiàn)能量收集。壓電式和電磁式都是收集振動能量，熱電式收集的是溫差能量。

以HBM傳感器為例。作為行業(yè)內(nèi)力傳感器方面的專家，HBM在無源的應用上一直都領(lǐng)先于同行。

　?。o源C2傳感系列，HBM）

C2是通過壓電式來收集能量的膜片傳感器，利用電氣元件和其他機械通過震動式的韻律把待測的壓力轉(zhuǎn)換成為電量，再進行相關(guān)測量工作，一般應用在動態(tài)測量中。這一類的無源傳感器首先在使用壽命上就明顯長于有源類傳感器。同時由于省去了節(jié)點內(nèi)部供電電流，在結(jié)構(gòu)上更為緊湊。

傳統(tǒng)的環(huán)境能量采集通常面臨電量微弱的特點，隨著模擬半導體技術(shù)的進步越來越多的能量采集解決方案實現(xiàn)了高效率的電源管理。ADI針對傳感器無源化發(fā)展中電量微弱的需求，設計了多種面向能量收集應用的超低功率 IC，對來自振動能源 (壓電)、光伏能源 (太陽能) 和熱能源 (TEC、TEG、熱電堆、熱電偶) 的能量進行轉(zhuǎn)換的電源管理產(chǎn)品提供高效率轉(zhuǎn)換至穩(wěn)壓電壓。

　　（能量采集管理芯片，ADI）

ADP5091是一款智能集成式能量采集納米電源管理解決方案，可轉(zhuǎn)換來自熱電發(fā)生器(TEG)的直流電源。該芯片可以提供有限采集能量（從16 μW到600 mW范圍）的高效轉(zhuǎn)換，工作損耗為亞μW級別。 利用內(nèi)部冷啟動電路，調(diào)節(jié)器可在低至380 mV的輸入電壓下啟動。 冷啟動后，調(diào)節(jié)器便可在80 mV至3.3 V的輸入電壓范圍內(nèi)正常工作。

作為應用特別便利、對環(huán)境條件要求低的溫差發(fā)電技術(shù)，ADI已有的能量采集IC能實現(xiàn)把20毫伏的微弱電壓升到3.3伏，并還能繼續(xù)提高。ADI在能量采集上的持續(xù)突破也讓無源傳感器滿足了更多的用武之地。

NFC推進傳感器無源化發(fā)展

在物聯(lián)網(wǎng)傳感器應用上，還有一個區(qū)別于傳統(tǒng)能量采集的方式，那就是NFC（近場通信）技術(shù)。隨著5G的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)傳感器將會有有很多場景與NFC無源化技術(shù)匹配。

NFC近場通信技術(shù)能在短距離內(nèi)與兼容設備進行識別和數(shù)據(jù)交換。一個NFC功能的傳感器可以實現(xiàn)很多便利的功能。首先，它不需要外部電源，因為傳感器接口工作在從NFC讀取器輸入的RF發(fā)射中獲得的能量上。其次，該傳感器能迅速對主機設備進行響應。同時傳感器獲取的數(shù)據(jù)添加到標簽上不會改變通信的基本方法，這樣可以從傳感器中讀取唯一的數(shù)據(jù)。

無源模式下，傳感器通過NFC從傳入的射頻輻射功率傳感器接口和射頻傳輸獲取能量，傳感器數(shù)據(jù)存儲在非易失性存儲器中，在不供電時得以保留。

在國內(nèi)，不少NFC廠商開始利用該技術(shù)結(jié)合傳感器應用，讓傳感器的無源化又進了一步。

比如啟緯智芯旗下的TurboNFC技術(shù)可以高效的采集NFC信號中包含的射頻能量，并將此能量轉(zhuǎn)換為可供物聯(lián)網(wǎng)傳感器的能量。

　　（TurboNFC，啟緯智芯）

TurboNFC無線取電即允許芯片從手機發(fā)射出的信號中高效率獲取電能。從官方的數(shù)據(jù)上看TurboNFC取電的能力最高在300mW，屬于較高的行業(yè)取電水平。取電能力的高低直接影響了與無源傳感器交互的距離與流暢度。配合具有NFC接口的智能手機作為主動接口時以300mW電能理論上來說已經(jīng)可以相對輕松地驅(qū)動一些傳感器了。

當然這只是理論，實際應用要求肯定會更嚴苛，因此基于NFC的無源傳感器的應用目前還沒有到普及階段。但從目前不少案例中已經(jīng)可以看到該方案在可行性上沒有問題。

小結(jié)

隨著5G的發(fā)展以及NFC取電能力的提升，可以預見，在傳感器領(lǐng)域，尤其是物聯(lián)網(wǎng)應用向的傳感器，基于NFC的取電技術(shù)將又一次推動傳感器無源技術(shù)的應用。