这家初创企业，如何打造全球最低功耗的蓝牙无源物联网解决方案？
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2021-10-27 01:52
作者：iot101君
物联网智库 原创
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导 读
在现有蓝牙低功耗技术的基础上，Atmosic又通过他们的技术和解决方案将产品功耗降低至原来的1/3-1/5。
过去数年间，以NB-IoT、LoRa为代表的低功耗广域网络（LPWAN）连接技术作为物联网通信圈的“网红”，取得了堪称“奇迹”的发展成果。
之所以能够实现如此快的增速，一个核心原因是LPWAN技术满足了分布广泛的数十亿物联网终端和传感器对电池供电的严苛要求。城市里的垃圾桶，大楼里的烟雾报警器，地下深处的水表等设备日常并不需要发送大量数据，传统的3G/4G技术对这些用例来说完全是“杀鸡用了宰牛刀”。
然而，即使LPWAN技术已经把支持的终端功耗做到非常之低了——甚至实现了一块水表10年不用更换电池，但对于那些更广泛的物联网应用场景，这依然不够看。举个最简单的例子，我们有可能给所有的快递包裹和服装都安装NB-IoT模组么？答案显然是不可能。
在这种背景下，更加廉价且无需电池的无源物联网技术应运而生，成为物联网连接数从百亿迈向千亿级的关键。
面向如此广阔的市场，许多初创企业投身其中，开始研发基于Wi-Fi、蓝牙，甚至5G的无源物联网技术，整个产业正处于“百家争鸣”的兴起阶段，而Atmosic（谋思科技）正是典型代表之一。
Atmosic创立于2016年，是一家致力于设计全球最低功耗BLE解决方案的创新型无晶圆厂半导体公司。近日，物联网智库有幸专访了Atmosic首席执行官 David Su和Atmosic副总裁 Srinivas Pattamatta，和他们一起聊了聊公司的创业历程以及未来的发展规划。
业界最低功耗的蓝牙方案
凭借丰富的行业经验和敏锐的市场嗅觉，David Su博士在2016年感受到了无源物联网技术潜藏的巨大机遇。
“那个时期，随着越来越多智能互联设备出现，传统的接线供电方案已经不再适用，市场对设备的电池寿命也提出了更高的要求，因此我们希望及时找到一系列新的技术和路径来减少和消除设备对电池的依赖性，甚至实现永久续航和无电池物联网的发展。”
当然，实现超低功耗的技术路线有很多种，Atmosic却对蓝牙情有独钟。
我们知道，蓝牙技术最早由爱立信公司在1995年提出，主要应用于蓝牙音频领域，随后1998年蓝牙技术联盟（SIG）成立，负责制定和维护蓝牙技术标准。至今蓝牙技术标准从1.1到5.1版本，共经历了10次升级，而自2010年蓝牙4.0标准发布之后，蓝牙由经典蓝牙迈向低功耗蓝牙时代，而低功耗模块的引入，也将蓝牙的功耗降低了90%以上，使更多终端尤其是移动终端设备的联网化成为可能。
到了蓝牙5.0时代，蓝牙传输速度和传输距离的短板被进一步攻克，功耗进一步降低。资料显示，蓝牙5.0相对于4.2版本，传输速度是其2倍，有效传输距离是其4倍，且功耗再次降低，工作电流达到毫安乃至微安级别，待机电流降至毫安乃至纳安级别。
这些特性正是Atmosic青睐蓝牙技术的基础，David Su博士直言：“我们之所以一开始选择蓝牙的解决方案，就是看重了蓝牙的超低功耗，只有这样，它才能为我们无源解决方案的设计奠定良好的基础。在现有蓝牙低功耗技术的基础上，我们又通过我们的技术和解决方案将其功耗降低至原来的1/3-1/5。如果选择其他技术路径，由于技术本身的功耗较高以及其它限制，可能会对我们目前获取外界能量的方式构成一定的挑战。”
根据蓝牙技术联盟在今年4月发布的《2021年蓝牙市场最新资讯》，尽管过去一年中蓝牙市场的增长速度有所减缓，但预计至2025年，蓝牙设备的年出货量将从2020年的40亿台增长至60亿余台。这也预示着Atmosic的超低功耗蓝牙解决方案具有广阔的市场空间。
如何实现无需电池的物联网设备？
凭借在射频设计中独特的见解和专长，Atmosic成功研发了三种创新技术¬——超低功耗射频、射频唤醒和受控能量收集，以实现最低功耗，并彻底降低物联网应用对电池的依赖。
为了便于理解，在专访过程中，Srinivas Pattamatta为笔者对这三种技术进行了通俗易懂的解释。
首先是超低功耗射频。我们知道，一个芯片系统其实由很多不同的模块组成，就如同我们日常通勤中的交通网络，模块和模块之间的距离也有长有短，它们之间的信号传输速率不一样，功耗也不相同。而Atmosic所做的，正是针对长距和短距的信号模块之间的传输做出不同的优化，使得不同模块之间电流的传导以及信号的传导耗能降到最低。
接着来看射频唤醒技术。拿我们的人体举例，大家基本上在晚上都会进入深度睡眠，但是这并不意味着你身体的所有功能都彻底进入睡眠状态了，总会有部分大脑的单元是处在清醒状态的，而一旦其受到刺激或者是收到信号，就会唤醒整个人体。与之类似，Atmosic的解决方案是让设备处于待机状态的时候进入睡眠模式，以超低功耗的状态来运行。但是，一旦听到了特定的信号或关键词，那么整个设备就会被自然地唤醒。
如果说前两项技术是站在降低能量消耗的角度，那么第三项技术则致力于增加能量的获取。
受控能量收集技术意味着Atmosic可从日常照明、太阳能、热能和射频等各种来源获取驱动设备所需的能量。所获能量并不需要多高，只需供给设备在超低功耗环境下运行即可。光能是其中很重要的一种能量，今年4月，Atmosic发布最新ATM3系列物联网参考设计，搭载光伏能量收集技术，助力物联网设备制造商实现永久续航。
据悉，集成了这些创新技术的Atmosic M3无电池蓝牙5.0系统单芯片获得了2020年国际消费电子展（CES）嵌入式技术类最佳创新奖，Atmosic并被《电子工程专辑》评为2020年百强半导体初创公司。
无源物联网技术如何颠覆行业？
一方面，面向消费品市场，在远程遥控、家居自动化等应用场景中，消费者往往把换电池当成一项麻烦又繁琐的事项来看待，毕竟没有人想在正需要切换播放的时候发现遥控器用不了而四处翻找电池。而无源物联网技术能够使得遥控器之类的产品在全生命周期内无需更换电池。这不但方便了消费者，也减少了电池带来的污染，更重要的是会对产品设计带来颠覆性影响。因为可以使用尺寸更小、更薄的电池，省出了更多的空间，这让消费品本身的设计被赋予了更多可能。
就在前不久，Atmosic宣布正在与面向家庭娱乐和智能家居设备的无线通用控制解决方案全球领导者Universal Electronics Inc.（UEI）合作，联合开发一系列能够从室内环境光源中收集能量的超低功耗遥控器和智能家居产品。
去年，Atmosic还与一家叫TraceSafe的公司在全球范围内针对新冠开发了一系列解决方案。简单来讲，TraceSafe设计了一种手环，用户把这个手环戴在身上，不管是进入运动场还是游艇等密闭环境，整个手环都可以自动地实时进行追踪，并且对接触进行预警。
除此之外，医疗机械市场也特别值得关注，血糖检测仪是其中增长特别迅速的一个品类。得益于无源物联网解决方案，消费者可以把一个指甲盖大小的塑料设备贴在身上即可，使用日常简单而方便。
另一方面，面向工业市场，工业用户的痛点又和消费市场不太相同。在工业应用场景之下，如果你想搭载一套追踪设备或管理系统，就需要经常换电池，这意味着成本的增加，而换一块电池在美国大约需要付出20美金甚至更高的成本，这就导致设备的总体拥有成本非常高。
另外，很多工厂设备都是非常关键的设备，管理者希望其能够永远在线，换句话说它的鲁棒性和可靠性必须非常高，因为这些设备一旦宕机，大量关键的温度或者压力的数据就无法采集，甚至可能会对整个工厂的运行带来影响。而无源物联网解决方案能够让这些挑战迎刃而解。
总结来讲，Atmosic可以解决四个方面的痛点。其一是消除经常换电池的麻烦，提高产品的使用体验；其二是进一步降低总体解决方案的拥有成本和使用成本；其三是让产品设计的复杂性大幅下降，同时也为设计本身提供更高的可能性；最后则是针对特定的关键应用场景提高电池的可靠性。
结语
Atmosic将持续为中国消费者带来更多超低功耗无线技术解决方案，这些解决方案也将应用在越来越多的物联网设备中，如遥控器、键盘、可穿戴设备、耳机、信标、传感器、家庭自动化和医疗器械等等。
此外，除蓝牙5技术外，Atmosic还将继续为中国市场开发更多基于其他无线技术的产品和解决方案。同时，Atmosic将继续扩大中国地区ODM和OEM合作伙伴阵容及整个生态系统，以更好地支持本地客户。
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