新型溫度傳感器:功耗幾乎為零!
發(fā)布時(shí)間:2017-07-28 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】最近,美國(guó)加州大學(xué)圣迭戈分校的電氣工程師開(kāi)發(fā)了一款溫度傳感器,其功率只有113皮瓦,不足1瓦特100億分之一。未來(lái),這款幾乎零功耗的溫度傳感器有望應(yīng)用于可穿戴設(shè)備、植入式設(shè)備、智能家居監(jiān)控設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備等產(chǎn)品。
(圖片來(lái)源:David Baillot/加州大學(xué)圣迭戈分校雅各布斯工程學(xué)院)
Mercier也是加州大學(xué)圣迭戈分??纱┐鱾鞲衅鲗?shí)驗(yàn)室的聯(lián)合主任。他的節(jié)能微系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室位于加州大學(xué)圣迭戈分校,其主題就是構(gòu)建這種超低功耗、小型化的電子設(shè)備。他的研究小組的工作重點(diǎn)主要是提高整個(gè)集成電路中單個(gè)部分的能源效率,從而降低整個(gè)系統(tǒng)的功耗。然而,一個(gè)很好的案例便是這種用于醫(yī)療設(shè)備或者智能恒溫設(shè)備的溫度傳感器。
這項(xiàng)研究的論文于6月30日發(fā)表在《科學(xué)報(bào)告》雜志上。
技術(shù)
(圖片來(lái)源:David Baillot/加州大學(xué)圣迭戈分校雅各布斯工程學(xué)院)
流通過(guò)電阻,電阻的阻值隨溫度發(fā)生變化,然后測(cè)量產(chǎn)生的電路,再使用高功率模數(shù)轉(zhuǎn)換器,將這個(gè)電壓轉(zhuǎn)化成相關(guān)的溫度。
研究人員采用一種新工藝取代了傳統(tǒng)工藝,他們開(kāi)發(fā)出了一種創(chuàng)新系統(tǒng)直接數(shù)字化溫度并且節(jié)省功耗。他們的系統(tǒng)由兩個(gè)超低功耗的電流源組成:一個(gè)在固定時(shí)間內(nèi)為電容充電,而不考慮溫度;另外一個(gè)隨著溫度變化進(jìn)行充電,溫度越慢則速度越慢,溫度越高則速度越快。
隨著溫度變化,系統(tǒng)也在調(diào)整,讓依賴于溫度的電流源和固定電流源的充電時(shí)間相同。內(nèi)置的數(shù)字反饋回路,通過(guò)將依賴溫度的電流源重新連接于不同尺寸的電容(電容的尺寸和實(shí)際的溫度直接成正比。),均衡充電時(shí)間。例如,當(dāng)溫度下降時(shí),依賴溫度的電流源充電變慢,反饋回路通過(guò)切換至更小的電容進(jìn)行補(bǔ)償,這個(gè)電容決定了特殊的數(shù)字讀數(shù)。
溫度傳感器集成到一個(gè)小型芯片中,其面積只有 0.15 × 0.15 平方毫米。它的工作溫度范圍是:零下20攝氏度到40攝氏度。
研究人員稱,即使是接近零功率,它的性能完全可以與目前最先進(jìn)的技術(shù)相比。然而,這種傳感器的響應(yīng)時(shí)間是約為每秒鐘一次溫度更新,這一點(diǎn)比現(xiàn)有的溫度傳感器要慢。可是研究人員稱,這種響應(yīng)時(shí)間足以滿足人體、家居和其他環(huán)境設(shè)備的需求,這些設(shè)備測(cè)量的溫度不會(huì)迅速波動(dòng)。
價(jià)值
(圖片來(lái)源:David Baillot/加州大學(xué)圣迭戈分校雅各布斯工程學(xué)院)
未來(lái)
下一步,團(tuán)隊(duì)將致力于提高溫度傳感器的精準(zhǔn)度,也將優(yōu)化它的設(shè)計(jì),使其可以成功集成到商用設(shè)備中
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