節能是電子世界的圣杯，傳感器也不例外。對于廣泛的基于傳感器的應用程序而言，低功耗要求和功能已成為必需品，供應商正在加緊滿足行業需求。

在任何關于低功率的文章中，首先要討論“能量”和“能量”的含義是至關重要的。前者是完成的工作總量，后者是工作執行的速度。 （每單位時間使用的能量）。這里適用的常見電子方程是：能量=功率×時間和功率=電壓×電流。因此，本文將重點關注電力，電流和時間參數，以檢查低功耗此外，應該注意的是，傳感器網絡具有各種額外元素，必須包含在任何總體功率預算中。傳感器部署通常是無線的，并且需要優化其能源資源以保持電池壽命。因此，無線系統中的功率要求必須考慮范圍，比特率和其他RF通信因素。為了本文的目的，我們將重點關注傳感器本身的各種低功耗特性。

移動應用程序的電力助手

用可充電電池提供1，500至5，000 mWh的總容量，就像所有與移動電話相關的東西一樣，用于手機的加速度計必須成為功率吝嗇鬼。有些可以使用低于0.02 mWh的能量以50 Hz采樣。針對手機，飛思卡爾MMA7660FC±1.5 g 3軸加速度計（圖1）帶有數字輸出（I2C），是一款超低功耗，薄型電容式MEMS傳感器，具有一系列用戶可配置的省電功能。設備每秒的樣本數可以設置為每秒1到120個樣本;其工作電流與采用的每秒采樣率成正比。此外，可以關閉模擬電源（AVDD）以使MMA7660FC進入關閉模式，通常消耗0.4μA（待機模式：2μA，活動模式：在1 ODR時為47μA（輸出數據速率））。

圖1：飛思卡爾MMA7660FC MEMS加速度計的框圖。

自動喚醒/睡眠功能可以將采樣率從每秒較高的用戶選擇樣本切換為每秒較低的用戶選擇樣本，并根據是否檢測到運動進行更改。使用上述任何選項，用戶可以將器件配置為所需應用的最佳功耗級別。

飛思卡爾加速度計可通過中斷引腳（INT）用于傳感器數據更改，產品定位和手勢檢測。該器件采用小型3 x 3 x 0.9 mm DFN封裝。

針對助聽器和家庭醫療設備，ADI公司的ADXL362三軸數字輸出MEMS加速度計在100 Hz輸出數據速率下的功耗不到2μA，在運動觸發喚醒時功耗為270 nA模式。與使用功率工作循環以實現低功耗的加速度計不同，ADXL362（圖2）不會通過欠采樣來混疊輸入信號;它以所有數據速率對傳感器的全部帶寬進行采樣。

ADXL362的12位輸出分辨率和8位格式化數據可在較低分辨率足夠時提供高效的單字節傳輸。可提供±2，±4和±8 g的測量范圍，±2 g范圍內的分辨率為1 mg/LSB。對于要求噪聲水平低于ADXL362的正常550μg/√Hz的應用，可以選擇兩種低噪聲模式（典型值低至175μg/√Hz）中的任何一種，同時電源電流的增加最小。

省電功能包括：

可調節的運行激活閾值睡眠/喚醒模式

寬電源和I/O電壓范圍：1.6至3.5 V

操作1.8至3.3 V電壓軌

高分辨率：1 mg/LSB

電池可從幣形電池獲得電量

1.8μA（100） Hz ODR，2.0 V電源; 400 Hz ODR時3.0μA，2.0 V電源

270 nA運動激活喚醒模式

10 nA待機電流

圖2：ADXL362三軸，±2 g/±4 g/±8 g數字輸出MEMS加速度計的功能框圖。

它包括一個深度多模輸出FIFO，一個內置微功率溫度傳感器，以及幾種活動檢測模式，包括可調閾值睡眠和喚醒操作，在6 Hz時可以低至270 nA（近似值） ）測量率。 ADXL362可在1.6至3.5 V的寬電源電壓范圍內工作，并可與以較低電源電壓工作的主機連接。

更多示例

不是翻轉開關或調節控制，占用傳感器用于各種應用，包括打開和關閉照明以及調節汽車應用中的溫度。這種設備不僅可以節省高達50％的大型辦公室照明成本，還可以提供各種低功耗模式。

Zilog的ZMOTION?檢測模塊用作入侵檢測解決方案，具有用于占用感應應用的超靈敏檢測模式。熱釋電傳感器和夾式菲涅耳透鏡相結合，可在不犧牲性能的情況下提供緊湊的解決方案。它還具有更換鏡頭的能力，提供適合各種應用的靈活性。在通電時，熱電傳感器需要時間來穩定，然后才能進行運動檢測。 ZMOTION MCU監控來自熱電傳感器的直接信號，以確定何時達到穩定性，從而最大限度地降低所需的上電穩定時間。該模塊僅為25.5 x 16.7 mm（厚度僅為11 mm），因此可輕松適應許多尺寸受限的應用。傳感器模塊具有2.7至3.6 V的工作電壓，工作溫度范圍擴展（-40°至+ 105°C），Zilog還提供ZMOTION開發套件（圖3）。

圖3：用于占用感應應用的ZMOTION開發套件。

有許多商業，醫療和工業環境依賴于電源有限的低壓傳感器。霍尼韋爾（中國）的HIH-5030/5031系列低壓濕度傳感器的工作電壓低至2.7 VDC，通常是電池供電系統（標稱電壓為3 VDC）的理想選擇。

HIH-5030/5031系列濕度傳感器專為大批量OEM用戶設計。通過該傳感器的近線性電壓輸出，可以直接輸入控制器或其他設備。 HIH系列的典型電流消耗僅為200 A，非常適合許多低功耗，電池供電的系統。

有時，應用程序的大小限制決定了傳感器必須具有的低功耗。在圖像傳感領域，具有圖像穩定功能的OmniVisionOV3640?英寸高性能300萬像素相機傳感器和MIPI是一款功能豐富的CMOS CameraChip傳感器，采用?英寸光學格式。它基于OmniVision的1.75μmOmniPixel3架構，具有超高堆疊高度（ULSH），具有出色的低光靈敏度（500 mV/lux-s），并顯著改善了噪聲和動態范圍（65 dB）。

高度集成的OV3640（圖4）采用了先進的圖像信號處理器（ISP），具有新功能，例如不需要外部元件的圖像穩定/防抖（AS）引擎，同時還降低了功耗。嵌入式微控制器支持內部自動對焦（AF）引擎，可編程通用I/O模塊支持外部自動對焦控制。

圖4：OV3640功能框圖。

OV3640還包含集成壓縮引擎（JPEG），簡化了帶寬受限的接口。它足夠小，可以安裝標準的8 x 8 mm固定焦點插座以及8.5 x 8.5 mm AF插座，非常適合現有低百萬像素照相手機設計中使用的現有相機模塊的直接升級。

超低功耗OV3640的應用包括手機，玩具，PC多媒體和數碼相機。

技術進步

與Imec，比利時魯汶研究中心，代爾夫特理工大學和埃因霍溫科技大學合作，研發機構霍爾斯特中心最近提供了下一代動力的預覽 - 通過顯示自校準傳感器設備來節省傳感器，該傳感器設備能夠以比當前最先進的解決方案更低的輸入功率水平收集RF能量。歐洲868 MHz ISM頻段的消聲室測量結果顯示，1 V輸出靈敏度為26.3 dBm，而1.78 W RF源靈敏度為25 m。據報道，收割機的最大端到端功率轉換效率為31.5％。

RF能量采集器的關鍵構建模塊是五級交叉連接橋式整流器，高Q天線和7位電容器組。整流器通過電容器組與天線共振。添加控制回路以補償天線整流器接口的任何變化并被動地增強天線電壓以增強靈敏度。電容器組和整流器采用標準的90 nm CMOS技術實現，并受到ESD保護。有源芯片面積僅占0.029mm2。

霍爾斯特的研究人員表示，這種設計克服了現有射頻能量采集器的一些局限性。今天的射頻收割機要么靈敏度差，要么需要校準，需要特殊的技術工藝，要么是大芯片/天線區域。與現有解決方案相比，新設備消耗更小的天線面積，有利于需要小尺寸的應用（例如傳感器），同時以較低的頻率工作。由于其靈敏度和無線范圍性能，現在可以通過RF源覆蓋增加的面積。這進一步使該裝置適用于在其他能源（例如光，振動）的應用中為小型傳感器系統供電。或熱梯度不可用。預計它還將為從環境Wi-Fi或GSM信號中獲取傳感器的RF能量鋪平道路。