Dialog的VirtualZero技术助力延长IoT设备的电池续航能力

很多物联网（IoT）产品需要安全地始终保持联网（通常通过Wi-Fi），但这一般都需要以牺牲电池寿命作为代价。

Dialog半导体公司近期推出了超低功耗Wi-Fi网络SoC DA16200，以及两款利用了Dialog VirtualZero技术的模块，为Wi-Fi联网的电池供电IoT设备延长电池续航能力。该SoC集成了功率放大器（PA）和低噪声放大器（LNA），无需外部PA。在需要时，PA的输出功率为+20dBm。同时，LNA提供-99.5dBm的接收器灵敏度。

“Dialog的VirtualZero技术使设备能够以非常低的平均电流加入并保持与Wi-Fi网络的连接，实现更长的电池续航能力，通常一年以上，在许多情况下为三到五年。”Dialog半导体公司音频和连接业务部高级市场总监 David Cohen介绍道。

“我们的大多数客户应用都使用AAA、AA和可充电锂离子电池或纽扣电池等小型电池，” Cohen继续说道。“不过，如果能量采集设备可以生成约85mA的输出功率，则有可能利用能量采集技术。这种类型的输出功率仅在活跃Tx模式下才需要。使用VirtualZero技术，设备可以仅用200nA（0.2uA）的电流就能保持Wi-Fi联网。”

与采用分立元件的设计方案相比，模拟/数字混合集成电路尺寸更小、更节能，但是设计更为复杂。制造和测试集成了数字、模拟和射频电路的器件并非易事。

如果要创建一个庞大的传感器网络，那么电池必须能续航很长时间，以使维护成本保持在合理范围内。为了降低能耗，许多IoT设备设计人员采用了各种策略，例如低占空比或使用不同的静态和睡眠模式。

“从设计工程的角度来看，我们需要考量一些关键因素。其中一个主要因素是设备维持Wi-Fi联网所需消耗的总平均电流。对于大多数IoT应用而言，没有多少真正的活动流量。例如，典型的智能门锁每天仅发送/接收真实的有效载荷数据（打开锁、关闭锁、响应锁状态），大约每天1-20次。超过99％的时间处于静态的“Wi-Fi就绪”状态，保持着与Wi-Fi网络的连接会消耗电流，但不交换任何真实数据。静态时间正是消耗电池电量的主要原因。因此，如果你可以将Wi-Fi就绪状态的总平均电流降到非常低，则可以延长电池续航能力。实际上，对于这些应用来说，活跃的Tx和Rx的影响很小，”Cohen说。

在性能更高的设备中，处理器、显示器和无线通信接口占用了大部分电力的使用量。理解这些设备如何使用电量意味着对它们的子系统之间的交互进行分析，以了解它们互相间的影响及其电源管理系统的表现。

“另一个考量因素是距离范围，Wi-Fi设备能否达到在现实、繁忙的环境中维持Wi-Fi联网所需的输出功率和接收器灵敏度？对于许多IoT设备而言，距离范围通常比笔记本电脑等移动设备更为重要。如果你的笔记本电脑的Wi-Fi连接不稳定，你可以尝试移动一下位置，看看网络连接是否有所改善。但是门锁不能移动，空调恒温器、传感器等也不能移动，” Cohen说。

我们可以通过使用新的电池技术、能量采集、超低功耗电子电路和限制能耗的通信措施等方法，来延长设备的使用寿命。

DA16200 SoC

IoT设备的共同要素是消费者的日常使用。这些技术常常低估了物理和计算机安全性相关的问题：令人担忧的不仅是数据收集、第三方对数据的分享和篡改，而且这些设备还可能被恶意的人或团体远程控制和管理。

DA16200 SoC和模块配备了业界领先的安全协议，包括最新一代的硬件加密引擎和用于防止潜在威胁的认证标准。

“强大的安全功能对于物联网和任何Wi-Fi联网的设备至关重要。我们在DA16200 SoC中，部署了多个安全层，包括Wi-Fi层 – WPA2和WPA3 – 支持个人和企业模式，并支持可扩展认证协议（EAP）。硬件中的传输层安全协议（TLS），可以加速SoC直接与Amazon Web Services（AWS）、Azure、Google Cloud等云服务器的TLS连接。此外，它还能将普通的不安全的HTTP连接转换为HTTPs安全连接。其他加密工具包括长的高级加密标准（AES）密钥、加速的Diffie-Helman、哈希函数和elliptic curve加密。安全启动 – 每次加载软件镜像之前，我们都会对其进行认证。通过JTAG或Serial Wire Debug（SWD）进行安全调试。安全的数据存储 – 客户可以使用我们的安全OTP来刻录许可证密钥、数字证书等等，” Cohen说。

物联网的发展可能性是多种多样的，联网设备也将越来越彼此兼容，提升互联互通性和集成度，同时不忽略网络安全性和个人隐私问题。大数据、物联网和人工智能（AI）之间也将实现更大的融合：借助先进的分析技术，越来越多的数据将被实时收集，产品、服务和系统也将变得越来越“智能”和更具竞争力。

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