“物聯網”（IoT）的精確定義各不相同。有些人認為它是現有機器對機器（M2M）市場的合理擴展，可通過互聯網實現遠程控制和監控。有些人認為該術語包含M2M及更多內容，涵蓋了更廣泛的網絡對象概念，無論是通過互聯網還是封閉網絡進行通信。然而，隨著定義的發展，預計物聯網概念將擴大數百萬甚至數十億嵌入式設備和傳感器的連接。

物聯網預計將刺激遠程監控市場的增長，如環境監測，智能城市的交通監控，從工廠到農場的結構傳感和工業監測。越來越先進的技術使我們能夠輕松便宜地安裝新的或增強現有的無線傳感器節點，增加了傳感器，RF設備和一些智能。

物聯網的許多終端節點將是以前未連接的對象，現在能夠在常規（可能不經常）的基礎上提供少量數據。通過互聯網改進對這種更頻繁，多樣化和眾多的傳感器數據的訪問，將提供對系統和網絡狀態的更好洞察，改善決策，從而改善我們的生活和節約資源。

超低功耗操作在許多這些遠程監控類型的傳感器節點中至關重要，特別是隨著更多智能和網絡功能的增加。這些節點需要免維護，并且可以長時間連續，準確，可靠地運行。許多人將不得不依賴能量收集和/或長壽命電池來供電。它們還需要能夠在數據傳輸之間切換到超低功耗或休眠狀態。

極低功耗但更智能的微控制器正在不斷發展，以便與網絡無線電通信設備一起滿足這些要求。電源管理電路是第三個必不可少的元素。請參見下面的圖1.

圖1：IoT無線傳感器節點依賴于收集的能量，通常需要微控制器，電源轉換，電源管理和通信設備，所有這些都在極低的條件下運行功率水平（由德州儀器公司提供）。本文將回顧為物聯網節點設計的最先進的智能，超低功耗設備，為了便于說明，參考最新的互補范圍。德州儀器。其中包括MSP430F52xx系列微控制器，TPS62740降壓轉換器，bq25504/5升壓充電器和CC2541藍牙收發器。

超低功耗

許多微控制器制造商在他們的產品組合中都有超低功耗器件，具有極低功耗的休眠狀態，能夠以非常小的能量運行，以納安為單位。 ARM內核出現在許多供應商的設備中，包括飛思卡爾半導體，意法半導體和德州儀器。其他極低功耗器件供應商包括Atmel，賽普拉斯半導體，Microchip技術，Silicon Labs和瑞薩。

同樣，超低功耗無線電設計隨時可用，能夠通過網絡傳輸傳感器數據，以及根據應用，它可以從紐扣電池，超級電容器或可充電電池充電十年或更長時間。此類設備的制造商包括：Analog Devices，Atmel，Nordic，STMicroelectronics和Texas Instruments。

管理這些微量能源以確保傳感器節點隨時間的可靠，免維護運行需要能夠獲取和增強的復雜設備或將微瓦的功率轉換為毫瓦。設備本身必須是低功率的。該市場的主要參與者包括ADI公司，Maxim Integrated Products公司，凌力爾特公司，意法半導體公司和德州儀器公司。

微控制器

讓我們采用德州儀器MSP430系列超低功耗16位微控制器，其中包括變體具有選定的功能和外圍設備。該器件架構旨在優化便攜式應用中的電池壽命，無論是遠程無線傳感器節點還是智能手機。

MSP430F5249具有四個16位定時器，一個高性能10位ADC，兩個通用串行通信接口，硬件乘法器，DMA，比較器和具有報警功能的實時時鐘模塊。所有時鐘有效的功耗在8 MHz，3 V（閃存）或150μA/MHz（ram）時為2990μA/MHz。待機模式為1.4μA或1.9μA，喚醒時間為3.5μs。關閉模式，在3 V時具有完整的RAM保持為1.1μA，在3 V時的關斷模式僅為0.18μA。

MSP430F5239變體提供相同的功能，無需ADC。這些器件集成了128 KB閃存，非常適合需要更大存儲器的工業應用，如模擬和數字傳感器系統，非常適合遠程或危險區域的無線傳感器節點。

互聯網連接

TI提供一系列無線網絡處理器模塊，專門用于實現互聯網連接，同時為MCU提供最小的軟件和內存開銷。 CC3000模塊是一個完整的平臺解決方案，可減少組件數量并簡化認證。它附帶軟件驅動程序，示例應用程序和完整文檔，并支持IEEE 802.11b/g。有關使用CC3000和MSP430微控制器設計基本Wi-Fi應用程序的分步指南，德州儀器（TI）網站。 1 設計人員可以使用德州儀器維基站點上的MSP-EXP430G2 Launchpad開發板包找到CC3300基本Wi-Fi示例應用程序。 2

該開發套件提供兩個16 MHz MSP430微控制器，用于編程和調試的板載仿真，用于無線連接的附加模塊的按鈕，LED和插座等。最近發布的LaunchPad評估套件用戶指南 3 也可用。

圖2：德州儀器的MSP430G2 Launchpad評估板使用CC3000無線網絡處理器電源管理

“超低功耗”的定義隨著技術的發展而演變，并且由于存在許多低功耗狀態，因此比較器件可能會非常棘手。衡量電源低功率效率的一個有用指標是其靜態電流（IQ）。請參閱這篇內容豐富的白皮書，IQ：它是什么，它不是什么，以及如何使用它。 4

為了將收獲的能量轉換為可用功率，無線傳感器節點需要功率管理設備，如降壓或降壓轉換器。 TI推出了TPS62740，旨在為微控制器（如MSP430）和通信設備（如CC3000（Wi-Fi）和CC2541（藍牙））供電。該降壓轉換器的目標是300 mA輸出電流設計，在有效工作期間僅提供360 nA的靜態電流，在待機模式下提供70 nA的靜態電流。效率優于90％，低至10μA。這款微型設備采用可充電鋰離子電池供電。輸出電壓可通過四個VSEL引腳選擇，范圍為1.8至3.3 V，步長為100 mV。

為幫助設計人員評估該器件并測試其操作和功能，TPS62740EVM-186評估板隨用戶提供指南。該指南介紹了如何設置效率測量，避免常見錯誤。

對于較低電流設計，TPS6273針對50 mA輸出電流電路，在有效工作期間提供370 nA靜態電流，在睡眠模式下提供15 nA靜態電流，在低于15μA的輸出電流下仍能實現90％的效率。

Boost充電器

一種用于從低壓輸出采集器（如熱電發電機或壓電設備）提取電力的常用設備，是一種增壓充電器集成DC/DC降壓轉換器。 TI的產品系列包括三款專門針對納米功率應用的產品，如無電池無線傳感器節點。升壓轉換器還支持各種儲能元件，如可充電電池，超級電容器或傳統電容器bq25504可以在VIN低至330 mV的情況下啟動，然后可以繼續將能量降至80 mV。靜態電流為330 nA。該器件實現了可編程最大功率點跟蹤（MPPT）采樣網絡，以優化功率到器件的傳輸。或者，MCU可以提供外部參考電壓以產生更復雜的MPPT算法。關于其工作原理的更詳細解釋可以在之前發布的TechZone文章中找到。 5

評估板bq25504EVM-674，演示了具有電池管理功能的超低功耗升壓轉換器 - 采用應用，與大多數MCU和3 V紐扣電池兼容。

bq25505升壓充電器，具有325 nA的有源靜態電流，增加了一個自主電源多路復用器柵極驅動器，可確保在系統需要時提供恒定功率即使沒有來自收割機的能量，也要進行操作。可以多路復用兩個存儲元件，以便為系統負載提供單個軌道。該器件非常適用于可在某些時間利用清除能量的應用，從而延長電池的使用壽命。最后，bq25570增加了降壓輸出調節，以確保系統提供外部可編程穩壓電源。有源靜態電流為488 nA，效率優于90％，低至10μA。此外，還有獨立的使能信號，允許應用程序控制何時運行穩壓輸出，或將器件置于超低靜態電流睡眠狀態，降至5 nA。

結論

大部分內容物聯網運動的大規模增長預測將來自各種遠程監控應用中智能無線傳感器節點的激增。這些節點可能完全或部分依賴能量收集來為超低功率設備提供燃料，這些設備提供所需的智能（MCU），通信（RF網絡處理器）和電源管理（增強器和轉換器）。