国内首款环境微能量采集与管理芯片，点起无源物联网“十万伏特”能量

近些年，随着数字化转型在各领域的不断推进，来自底层的数据采集需求量激增，大量低功耗传感设备被广泛部署，但随之而来的设备供电问题，例如电池更换、意外断电、日常运维等，迫使用户需要付出大量额外成本，严重影响物联传感的规模化部署，也制约了数字经济的高质量发展。

无源物联网技术的应用成为了这块痛点的“良药”，与其相关的技术和产品，也已成为各行各业竞逐的焦点。IoT终端的网络节点无需外接“能量源”，采用获取环境能量（如太阳能、生物能、热能或无线电波等）进行供能的物联网技术，让无源物联网被视为实现“千亿级万物智联”愿景的关键。无源物联网自2021年站上风口以来，开始加速推进到各领域的应用当中。

目前无源物联网技术已经嵌入了智慧交通、监控监测、环境监测、智慧农业和物流运输等领域，响应“碳中和”的发展，无源物联网正在成为物联网产业的一个重要分支。

无源市场，方兴未艾

随着新兴数字标签技术的出现，在RFID的基础上，无源物联网进一步延伸拓展至 Wi-Fi、蓝牙、UWB、LoRa、5G等蜂窝/非蜂窝技术的无源互联。

其主要依托三类底层技术，分别是低功耗计算、低功耗通信和环境能量采集。其中环境能量采集的方式是指不依赖电池或电源线供电，而是通过捕捉环境中的能量，转化为电能使用，能量的来源可包括光能、热能、动能、射频等。

太阳能是目前转换效率最高的方案，电磁波在单一频段下能量转化效率可达到50%，在多频段的复杂场景下只有1~2%，温度差热能采集对使用环境有要求，转化效率低于10%。

根据《无源物联网产业发展白皮书（2022）》指出，预计2025年前后，无源物联网的市场规模将在310-510亿元间，预测值中位数为410亿元。且在2025年，光能采集、振动能量采集以及温差能量采集三种技术路线的市场规模均为千万元级。

在不需要明确的电源供应的情况下，无源物联网可以实现物联网设备的远程监测和管理。但是在环境能量采集和管理方面也存在一些困难。例如:

能量储存:无源物联网设备需要能量来运行，但是很难储存足够的能量来满足长期运行。

环境能量的不稳定性：太阳能和生物能等环境能量的供应是不稳定的，这可能导致无源物联网设备无法正常工作。

环境影响:外部环境变化，如气候变化，可能会影响无源物联网设备的性能。

因此，开发高效的能量采集和管理技术一直是无源物联网的重要研究方向。

在“双碳”政策的指引下，政府和企业对可持续能源和资源管理的日益关注，以及物联网和数字技术的不断发展，许多企业将会通过智能环境能量采集与管理解决方案来提高能源效率，并实现资源的最优利用。

提高能源效率和资源利用效率，同时促进更加可持续的能源和资源管理，让环境能量采集与管理芯片被推上应用市场，它通过监测和分析能源使用情况，以提高能源效率和减少浪费。因此，环境能量采集与管理芯片是无源物联网产业的一款必要产品。

环境能量采集芯片，实现国产突破

一直以来，环境能量采集都是极难研发的技术之一，而想将这些微能量采集并进行管理，其难度更是指数级提升，这也导致国内这一领域此前未曾有芯片类成果问世。

在环境能量采集与管理芯片的开发中，存在着这些难点：

能量采集精确性：目前主要的环境能量为射频能、温差能、微光能、振动能，其典型的能量密度在0.01μW/1cm2—200μW/1cm2区间。能量的微弱性、能量的随机性以及能量的震动性，让纳瓦（nW）至微瓦（μW）能量区间实现设备的稳定工作异常困难。

功耗问题：环境能量采集芯片需要长时间运行，因此需要更低的功耗，不仅如此，对转换效率和启动电压等设计也有着严苛的性能要求。

可靠性：采集环境能量以及管理，其存储数据极为重要，这类芯片必须具有较高的可靠性。

成本问题：需要在保证性能和效率的同时降低成本，以提高市场竞争力。

标准化问题:环境能量采集和管理芯片的开发需要遵循一定的标准，以保证产品的一致性和互操作性。

因此想要解决这些难题，并非一日之功。

近日，飞英思特科技正式对外宣告，前后历时2年，研发出旗下首款环境微能量采集与管理芯片——FPM8100，该款芯片是国内无源物联网领域的首款环境微能量采集与管理芯片，实现了国内该类芯片产品零的突破，填补了市场空白。

FPM8100芯片具有高效率、高稳定、超低功耗等优势，可集成于各类低功耗传感器之中使其能量自给。其关键性能指标对标甚至远超国外同类型产品，为我国的低功耗芯片市场提供了一种全新的选择。

目前，飞英思特围绕该系列芯片所打造的解决方案，已在工业监测、农业监测、资产风险管理等领域投入试用。随着产品的不断优化，其大规模应用的时间将进一步缩短。

FPM8100芯片制程采用180nmCMOS工艺，裸片尺寸为2.1mm*2.3mm，封装后芯片大小为4.2mm*4.2mm；实现了380mV最低启动电压，并将静态电流功耗控制在400nA~700nA，多电压输出及可达300mA峰值瞬时电流输出；Boost-Buck转换效率在10μW至500μW范围内的效率不低于70%。

环境微能量采集与管理芯片FPM8100，主要以射频能、温差能、微光能、振动能等环境中常见能量为采集目标。可通过冷启动电路(Cold Start)、能量选择切换(Power Switch)、逻辑控制状态机(State Machine)、储能管理（Storage Management）等主要模块将前端无序、低品质输入能量，高效地管理、利用、存储起来，形成新的“环境电池”形态，以实现对后端电路的稳定输出。此外，高集成度的设计可以更容易进行二次开发和更精巧的设备尺寸管理。

根据市场研究公司的报告，随着全球对可持续能源和资源管理的关注，全球环境能量采集与管理市场未来几年会保持快速增长。环境能量采集与管理芯片也有助于改善资源利用效率，如水和电力，同时降低对环境的影响。

写在最后

技术的迭代一定是科技行业的基调，创新突破可能是一个产业的革命。无源物联网作为一张“以能量为中心，以数据为核心”的网，其存在的能源受限和连接不确定性一直是各大企业需要攻克的目标。

环境微能量采集与管理芯片FPM8100的正式发布，是飞英思特赋能各行业数字化转型的重要一步，也是其实现万物互联道路上的一个关键里程碑。这款低功耗、高集成的芯片，将会在“无源”历史上留下一个深刻“脚印”。

作为国内首款环境微能量采集与管理芯片，这款产品无疑标志着行业的一次重大突破。它不仅提高了能量利用效率，而且拓宽了环保技术的应用领域，实现了可持续发展。我们期待着这款芯片的更多应用，相信它将为行业带来更多的创新发展。

责任编辑：赵智华

文章来源：//www.profoottalk.com/2023/0217/4710.shtml