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新型温度传感器:功耗几乎为零!

导读: 美国加州大学圣迭戈分校的电气工程师开发了一款温度传感器,其功率只有113皮瓦,不足1瓦特100亿分之一。未来,这款几乎零功耗的温度传感器有望应用于可穿戴设备、植入式设备、智能家居监控设备、物联网设备和环境监测设备等产品。

OFweek传感器网讯:最近,美国加州大学圣迭戈分校的电气工程师开发了一款温度传感器,其功率只有113皮瓦,不足1瓦特100亿分之一。未来,这款几乎零功耗的温度传感器有望应用于可穿戴设备、植入式设备、智能家居监控设备、物联网设备和环境监测设备等产品。

背景

功耗,对于电子产品来说一直是非常关键的因素之一。

正如笔者之前《全球首款无需电池的手机:从周围环境中获取能量!》一文中介绍的,手机之类的电子产品如果能够通过吸收周围环境的能量维持运行,那么最关键技术挑战之一仍然是降低功耗。即使对于依靠电池的普通电子产品来说,降低功耗也十分重要,它不仅减少了能源消耗,而且延长了电池的续航时间。

创新

最近,美国加州大学圣迭戈分校的电气工程师开发了一款温度传感器,其功率只有113皮瓦,不足1瓦特100亿分之一。目前最先进的温度传感器的功耗需求已经降低至几十纳瓦,而Mercier小组开发的这种传感器的功耗是它的1/628。

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(图片来源:David Baillot/加州大学圣迭戈分校雅各布斯工程学院)

Mercier 也是加州大学圣迭戈分校可穿戴传感器实验室的联合主任。他的节能微系统实验室位于加州大学圣迭戈分校,其主题就是构建这种超低功耗、小型化的电子设备。他的研究小组的工作重点主要是提高整个集成电路中单个部分的能源效率,从而降低整个系统的功耗。然而,一个很好的案例便是这种用于医疗设备或者智能恒温设备的温度传感器。

这项研究的论文于6月30日发表在《科学报告》杂志上。

技术

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(图片来源:David Baillot/加州大学圣迭戈分校雅各布斯工程学院)

它们的新方案最小化了两个域中的功耗:电流源以及温度转换为数字读数。

研究人员采用了所谓的“栅漏”晶体管来构建这种超低功耗的电流源。这种晶体管中的微弱电流泄漏后通过电子势垒,或者栅极。晶体管通常会有一个栅级,能够开关电子流。但是随着现在晶体管的尺寸不断变小,栅极材料越来越薄,所以它不能阻止电子泄漏通过,从而发生了一种现象即“量子隧道效应”。

栅漏在微处理器和精密模拟电路中被认为是有问题的。但是在这里,研究人员却利用了它,他们用这些微弱的电流为电路供电。Hui 称:

“许多研究人员尝试消除泄漏的电流,但是我们利用了它来构建超低功耗电流源。”

研究人员利用这些电流源,开发出了一种耗电更低的方法,对于温度进行数字化。这个过程一般需要让电流通过电阻,电阻的阻值随温度发生变化,然后测量产生的电路,再使用高功率模数转换器,将这个电压转化成相关的温度。

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责任编辑:lime
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