這是一種低閾值類比電壓比較器電路,其輸出緩衝器只需皮瓦(pW)級功率就能啟動其他電路。布里斯托大學的一位研究領導者Bernard Stark告訴筆者,這種電路是一項專利應用課題,它使用了多個元件和閾值來提供最大20V的Vin輸入電壓,用於檢測的電壓閾值小到0.5V以下。此外,電路採用的節能技術幾乎可以將元件的靜態電流減小到零;且關斷狀態下的輸出漏電流不到100pA。

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「電壓檢測器晶片只需既有檢測器千分之一的能量就能輸出一個導通訊號,能耗僅5pJ,電壓只有0.5V左右。許多感測器不需要電源就能提供這樣的能量,因此能夠實現幾乎不耗電的偵測功能。」 布里斯托大學在一份聲明中寫道。

這款電壓檢測器只需幾pW就能啟動。在用於物聯網(IoT)的無線感測器節點中,這款電壓檢測器可以由來自主感測器的原始訊號供電,然後再接通節點的其餘電路來完成感測器資料的捕獲、處理和發送。

在諸如防盜報警器、活動監視器和其他物聯網設備中,保持設備處於啟動和偵聽狀態所需的能量可能遠超正常工作的能量。在這些情況下,降低甚至消除偵測功耗特別重要,這樣才能延長電池壽命,實現減少環境浪費的系統。

若能夠持續處於偵測模式,以零功耗等待事件發生,則可以支援更小的電池,或者延長電池壽命,在某些場合甚至可以使電池工作數年時間,布里斯托大學研究人員指出。

一個感測器可以用來產生500mV或650mV的微弱電壓,而上述電壓檢測器隨後就可以觸發開漏輸出電路,進而啟動開關。這種電路只使用來自感測器的幾皮安(pA)電流,因此允許使用傳統感測器,而無需使用更大功率更大體積的能量收集器。這種檢測器支援輸入電壓等級從0~10V/ms的輸入訊號。當電壓等級大於10V/ms時,閾值會提高。檢測滯後作用可以防止輸出產生振盪。

這種電路還可用於更多傳統的消費類產品,比如電視機、微波爐和聲控介面。

研究人員指出,現代電視機在待機模式下每天消耗0.5W或6顆AA電池,以便它們可以用遙控器「開機」。過去它們消耗的功率多達10W或15W。坊間還流傳這樣的說法:在微波爐的整個壽命期間,機器上的顯示器的耗電要比加熱食物所耗的電多,因為90%的時間它都處於待機狀態。

布里斯托大學研究人員展示了一款電視機,它使用UB20M電壓檢測器IC消除了這種待機功耗。檢測器的靜態電流在1V時為5.4pA,因此允許檢測器從被紅外線電視遙控器照射的紅外線二極體供電,UB20M檢測器再啟動電視機12V供電回路中的功率選通開關,從而切斷電視機的待機功耗。

布里斯托大學現在有兩款電壓檢測器IC樣片,都是由AMS AG採用180nm HVCMOS製程實現的UB20M和UB20L。

UB20M的閾值電壓為0.6V,不到10pA;UB20L在0.46V時開關,但可達100pA。布里斯托大學可以提供樣品、資料手冊和評估板。「我們正在積極尋找商業合作夥伴,希望能在他們的產品中使用這些電壓檢測器晶片,非常歡迎大家前來接洽聯繫。」Stark表示。