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DARPA近零项目(N­ZERO)结束,传感器寿命延长至4年

来源:信息发布     作者:信息发布人员     发布时间:2020年11月09日     浏览次数:         

  2020年5月,美国国防高级研究计划局(DARPA)的“近零功率射频和传感器操作”(N­ZERO)项目结束,该项目取得的引人注目的成果之一是把过去部署的一些战场传感器的寿命从几个(甚至几周)延长至四年。该项目于2015年启动,目的是寻找解决物联网传感器电池寿命限制的方法,从而使部署在战场上的传感器在勿需频繁更换电池的情况下能够探测震动、光、声音或其他战场信号。

  DARPA宣称,现在可以通过只在触发事件(如声音)发生时才被唤醒并记录触发事件,或者定期(而非持续)监测战场或其他关注点的方式,来延长传感器的电池寿命。部队现在勿需冒险进入潜在的战区就可以收集情报,进入危险地区更换“电池失效(battery­dead)”传感器的次数也大大降低。

  传感器技术的改进仍在持续进行中,而且传感器的能力也会进一步提高。射频、声学和红外(IR)唤醒能力是N­ZERO项目开发的最成功的传感系统。这些近乎零功率的传感器发射无线电信号进行通信(射频)、测量声级(sound levels)(声学)和探测红外(热)辐射,成功实现纽扣电池在低功耗下使传感器的寿命从四周延长到四年。

  N­ZERO项目使无人值守的传感器系统具有了睡眠­持续报警感知能力,这些传感器由特定的物理或射频信号触发,寿命以年为单位,将使传感技术在缺乏固定能源基础设施的地区实现成本效益和安全部署。

  尽管取得了这些成功,在N­ZERO项目中测试的传感器的电池寿命仍然受到已确认事件的处理和通信的影响,以及电池本身自放电的限制。

  一个积极的成果是开发出超低功耗的Arm处理器。Arm M0N0处理器实现了10nW级的待机功率,基于具体的应用环境,工作时的有源功率水平为20~60mW/MHz。传感器能够在电源关断的情况下允许用户将信息存储在只读存储器(ROM)中,信息可访问,但不会因从片外非易失性存储器中恢复数据而造成功率损耗。

  到目前为止,N­ZERO的大部分成功都是通过亚阈值电路设计实现的。成功的亚阈值方法将签名数据存储在ROM或易失性静态随机存取存储器(SRAM)中,因为这些技术对读取的功耗要求低。但ROM的使用限制了应用程序,因为内存在制造过程中设置的,不能被重新编程。由于SRAM是易失性的,如果IC的偏置电压下降,就会丢失数据。

  实现一种低读取功耗、非易失性的存储器是非常重要的,这将使无人监管系统具有可重新编程的能力,同时使其对电源损耗具有强大的适应性。因此,低功耗传感器技术的下一个重点可能是在存储器领域。设备上的存储容量需要增加,而且需要不断改进。

  DARPA的N­ZERO项目成果正在向更广泛的应用领域拓展。预计N­ZERO最大的应用将是物联网,传感器节点的功耗是该技术普及扩展的技术挑战之一。

  随着集成了固态电池技术的近零功耗传感器的价格下降,这可能会使固态传感器成为下一个广泛应用的低功耗传感器选择,但目前,DARPA的N­ZERO项目主要使用的是纽扣电池。

  (摘编自 大国重器及文献)

  

  

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