【導讀】在實(shí)現“碳達峰”和“碳中和”的“雙碳”目標過(guò)程中，廣泛存在的物聯(lián)網(wǎng)設備是一個(gè)重要抓手。根據市場(chǎng)研究機構IoT Analytics發(fā)布的報告顯示，2022年全球物聯(lián)網(wǎng)連接數達到143億；預計到2023年，這一數量將再增長(cháng)16%，達到160億個(gè)。
圖1：全球物聯(lián)網(wǎng)設備統計及未來(lái)預測
（圖源：IoT Analytics）
歸納起來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)可以從三個(gè)方面幫助各行業(yè)實(shí)現“雙碳”目標。其一是通過(guò)智能物聯(lián)來(lái)實(shí)現降能增效，在這個(gè)理念下，老設備和新設備都將會(huì )被逐步接入到物聯(lián)網(wǎng)系統中；其二是通過(guò)無(wú)源物聯(lián)網(wǎng)讓更多的應用免受電池供電的限制，在減少電池原材料消耗的同時(shí)，進(jìn)一步提升物聯(lián)網(wǎng)在各行業(yè)的滲透率；其三是物聯(lián)網(wǎng)幫助實(shí)現新能源系統的高效管理，從能源源頭降低碳排放。
在這三大舉措中，布設物聯(lián)網(wǎng)方案應用將會(huì )用到各種各樣的節能技術(shù)，也就會(huì )用到種類(lèi)豐富的電子元器件。本文我們將圍繞貿澤電子官網(wǎng)在售的、優(yōu)秀的電子元器件展開(kāi)，看看哪些類(lèi)型的元器件將會(huì )在“雙碳”進(jìn)程中發(fā)揮重要作用和價(jià)值。
能夠快速部署的低功耗物聯(lián)網(wǎng)很關(guān)鍵
如上所述，通過(guò)智能物聯(lián)來(lái)實(shí)現降能增效，已經(jīng)成為各行各業(yè)未來(lái)發(fā)展的趨勢和共識。以前，建筑、工業(yè)、交通等領(lǐng)域的設備存在能耗數據不完整、信息獨立等問(wèn)題，不僅管理難度很大，且存在明顯的能源浪費問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)的出現很好地解決了這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)對數據的采集、存儲、傳輸、分析和決策，做到能源管理的可視化、信息化，進(jìn)而實(shí)現節能減排。
物聯(lián)網(wǎng)方案架構大致分為三層，分別是應用層、服務(wù)層和網(wǎng)絡(luò )層。其中，應用層主要是各種設備，然后是設備互聯(lián)組成的系統；服務(wù)層又分為建模服務(wù)層和通信基礎服務(wù)層，主要是用于實(shí)現系統應用方案的構建，包括網(wǎng)絡(luò )、底層協(xié)議和硬件等；網(wǎng)絡(luò )層顧名思義就是提供設備間互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò )通訊。
通過(guò)上述部署，就能夠打破原有系統內的信息孤島問(wèn)題，實(shí)現統一部署和統一管理，然后找到關(guān)鍵節點(diǎn)逐步優(yōu)化系統的能耗。
當然，在具體的方案開(kāi)發(fā)過(guò)程中，有兩點(diǎn)是非常重要的：在設備之間額外加入的物聯(lián)網(wǎng)系統需要具備低功耗的屬性，以此避免給系統造成額外的能耗負擔；物聯(lián)網(wǎng)系統需要具備易于開(kāi)發(fā)的特性，防止新增加的系統出現二次信息孤島的情況。
針對這兩點(diǎn)，我們以貿澤電子官網(wǎng)在售的一款無(wú)線(xiàn)MCU來(lái)展開(kāi)說(shuō)明。該器件來(lái)自制造商Texas Instruments（TI），貿澤電子官網(wǎng)上該器件的料號為CC2652P74T0RGZR。
圖2：CC2652P74T0RGZR
（圖源：貿澤電子）
CC2652P74T0RGZR是一款多協(xié)議無(wú)線(xiàn)MCU，屬于TI SimpleLink MCU平臺的一部分。該器件支持的協(xié)議包括Thread、Zigbee、Matter、藍牙5.2低功耗、IEEE 802.15.4、支持IPv6的智能對象（6LoWPAN）、TI 15.4-Stack（2.4GHz）和通過(guò)動(dòng)態(tài)多協(xié)議管理器（DMM）驅動(dòng)器實(shí)現的并發(fā)多協(xié)議，因此能夠適用于豐富的物聯(lián)網(wǎng)應用場(chǎng)景。
CC2652P74T0RGZR在低功耗和穩定性方面做了針對性增強。該器件具有系統性低功耗性能，支持3.10mA有源模式，運行CoreMark時(shí)的功耗表現為65μA/MHz。在保持144KB RAM時(shí)，具有0.9μA的低待機電流。該器件還支持0.1μA關(guān)斷模式，可設置引腳喚醒。
另外，CC2652P74T0RGZR還具有基于A(yíng)rm Cortex-M0打造的4KB SRAM的自主MCU，作為超低功耗的傳感器控制器，能夠快速喚醒進(jìn)入低功耗運行，完成采樣、存儲和處理傳感器數據的工作。這款傳感器控制器2MHz模式下為29.2μA，24MHz模式下為799μA。
圖3：CC2652P74T0RGZR系統框圖
（圖源：TI）
CC2652P74T0RGZR能夠長(cháng)期保證物聯(lián)網(wǎng)系統的穩定運行。該器件具有低SER（軟錯誤率）FIT（時(shí)基故障），可延長(cháng)運行壽命。同時(shí)，器件內搭載的SRAM奇偶校驗功能始終開(kāi)啟，可更大程度地降低因潛在輻射事件導致的損壞風(fēng)險。TI制定了產(chǎn)品生命周期政策，以保證包括CC2652P74T0RGZR在內的產(chǎn)品能夠擁有10至15年或者更久的產(chǎn)品生命周期。
當然，在保證低功耗和耐久性的同時(shí)，CC2652P74T0RGZR并沒(méi)有犧牲系統性能和易用性。該器件擁有功能強大的48MHz Arm Cortex-M4F處理器、704KB閃存程序存儲器和256KB ROM。具有高效的內置PA，在2.4GHz頻帶中TX支持+10dBm（21mA）和+20dBm（101mA）的輸出功率。CC2652P7的接收靈敏度為-104dBm（對于125kbps的低功耗藍牙編碼PHY）。
作為SimpleLink MCU平臺的一部分，CC2652P74T0RGZR的易用性也是毋庸置疑的。這一MCU平臺包括Wi-Fi、低功耗藍牙、Thread、Zigbee、Wi-SUN、Amazon Sidewalk、MIOTY、Sub-1GHz MCU和主機MCU。CC2652P74T0RGZR具體屬于可擴展產(chǎn)品系列（閃存為32KB至704KB）的一部分，具有引腳對引腳兼容的封裝選項。
通過(guò)CC13xx和CC26xx軟件開(kāi)發(fā)套件（SDK）及SysConfig系統配置工具，SimpleLink MCU平臺內的器件可支持靈活的遷移。此外，豐富的軟件棧、應用示例和SimpleLink Academy培訓課程則能夠幫助用戶(hù)大幅縮短開(kāi)發(fā)周期。
基于上述優(yōu)勢性能，電網(wǎng)基礎設施、樓宇自動(dòng)化、零售自動(dòng)化、個(gè)人電子產(chǎn)品和醫療應用等領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)，都能夠享受CC2652P74T0RGZR帶來(lái)的低功耗無(wú)線(xiàn)通信和高級傳感功能。
能耗精準檢測讓高耗能設備無(wú)所遁形
系統部署完成之后，工作并沒(méi)有結束，此后物聯(lián)網(wǎng)方案實(shí)際上還是處于一個(gè)動(dòng)態(tài)的優(yōu)化過(guò)程中，其中一個(gè)監測和優(yōu)化項就是功耗。
在“雙碳”目標下，各行業(yè)部署物聯(lián)網(wǎng)系統并非只是簡(jiǎn)單地讓設備聯(lián)網(wǎng)，還需要具備很多智能化的能力，進(jìn)而在整個(gè)大系統下打造很多小系統，包括基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現的能耗監測系統。
能耗監測系統目前已經(jīng)非常成熟，比如在智能工廠(chǎng)里，空調、通風(fēng)、照明、產(chǎn)線(xiàn)設備等基本都會(huì )被監測，然后通過(guò)云平臺對各類(lèi)型設備進(jìn)行精準監測和分析，以持續性降低系統運行的成本，實(shí)現降能增效的目標。
目前，在物聯(lián)網(wǎng)系統中，能耗監測系統的部署已經(jīng)非常深入，細節到每一個(gè)子系統都會(huì )被監測到，那么這其實(shí)是非?？简炏到y內元器件的能力的。接下來(lái)，我們?yōu)榇蠹彝扑]一款適用于低功耗系統監視的高精度電壓檢測器，同樣是來(lái)自制造商TI，貿澤電子官網(wǎng)上該器件的料號為T(mén)PS37AB7806FDSKRQ1。
圖4：德州儀器TPS37xx低功耗高精度電壓檢測器（圖源：貿澤電子）
TPS37AB7806FDSKRQ1是一款低功耗、高精度、小型化的雙通道電壓檢測器。該器件上的SENSE1和SENSE2引腳在輸入時(shí)具有滯后特性，可抑制短小毛刺脈沖，從而確保輸出操作穩定而無(wú)錯誤觸發(fā)。
TPS37AB7806FDSKRQ1提供可調感測的輸入特性，通過(guò)搭配一個(gè)外部電阻分壓器配置來(lái)實(shí)現。具體表現為，當SENSE1或SENSE2輸入上的電壓低于下降閾值時(shí)，OUT1或OUT2相應降為低電平。當SENSE1或SENSE2上升到高于上升閾值時(shí)，OUT1或OUT2相應變?yōu)楦唠娖健?/p>
TPS37AB7806FDSKRQ1具有2μA（典型值）的超低靜態(tài)電流，能夠提供一套精準、高精度且節省空間的電壓檢測解決方案，適用于低功耗系統監視。
圖5：TPS37AB7806FDSKRQ1典型應用電路
（圖源：TI）
除了應用于DSP、微控制器和微處理器等系統電路的低功耗系統監視，TPS37AB7806FDSKRQ1還可用于便攜式醫療設備、樓宇自動(dòng)化、固態(tài)硬盤(pán)、便攜式充電設備等領(lǐng)域。同時(shí)，TI TPS37xx-Q1系列通過(guò)了AEC-Q100認證，也可用于汽車(chē)應用。
低待機功耗物聯(lián)網(wǎng)方案是大勢所趨
在“雙碳”目標下，致力于低功耗設計的元器件一方面是要降低系統的運行功耗，另一方面也要延長(cháng)系統的待機時(shí)長(cháng)，并以極低的功耗讓系統進(jìn)入待機狀態(tài)。從物聯(lián)網(wǎng)的角度來(lái)講，系統并非時(shí)時(shí)都在進(jìn)行外部通信，很多時(shí)候系統一直都在等待觸發(fā)電源的指令，不執行任何功能，這個(gè)時(shí)候降低待機功耗對降低系統總功耗幫助巨大。
就以MCU來(lái)說(shuō)，很多時(shí)候為了降低待機功耗，MCU在待機狀態(tài)下不僅是CPU停止工作，程序狀態(tài)字PSW累加器、ACC以及全部的通用寄存器等通常都會(huì )被凍結以降低待機功耗。同時(shí)，外圍的配套電路也需要做配合。
下面介紹的這款器件便是用于打造極低待機功耗的設備，來(lái)自制造商ROHM Semiconductor，貿澤電子官網(wǎng)該器件的料號為BD9B500MUV-E2。
圖6：BD9B500MUV-E2
（圖源：貿澤電子）
BD9B500MUV-E2是ROHM Semiconductor BD9x集成式MOSFET DC-DC降壓轉換器中的一款。該系列器件是內置功率MOSFET的同步降壓開(kāi)關(guān)穩壓器，提供從1A至6A的電流范圍，采用恒定導通時(shí)間控制系統，提供快速瞬態(tài)響應，從而實(shí)現了低電感下的高振蕩頻率。這些器件采用原始的恒定導通時(shí)間控制方法，輕負載時(shí)的功耗較低。
圖7：ROHM Semiconductor BD9x集成式MOSFET DC-DC降壓轉換器典型應用電路
（圖源：ROHM Semiconductor）
綜合上述性能優(yōu)勢，ROHM Semiconductor BD9x集成式MOSFET DC-DC降壓轉換器非常適合打造需要極低待機功耗的設備，待機電流為0μA（典型值）至10μA（極大值）。同時(shí)，該系列器件提供豐富的保護功能，包括過(guò)流保護、短路保護、熱關(guān)斷保護、欠壓閉鎖保護等。
在“雙碳”目標下
物聯(lián)網(wǎng)未來(lái)大有可為
上述內容主要圍繞應用端做分析，實(shí)際上正如開(kāi)篇提到的，在能源供給一側，物聯(lián)網(wǎng)的價(jià)值也是不可估量的。國際能源署在新的《可再生能源市場(chǎng)更新報告》中指出，由于政策支持、化石燃料價(jià)格上漲、太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電項目的積極推進(jìn)，預計2023年全球可再生能源裝機容量將新增1/3，明年全球可再生能源發(fā)電量將繼續增長(cháng)。
借助能源供應端和市場(chǎng)應用端巨大的需求，未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)方案部署空間是巨大的，同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也會(huì )成為能源供給中的關(guān)鍵技術(shù)，進(jìn)而幫助各個(gè)行業(yè)完成自己的“雙碳”目標。
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