“物聯網”的想法是，車輛，電器，土木結構，制造設備甚至牲畜很快將具有將信息直接報告給聯網服務器的傳感器，以幫助維護和協調任務。

那些傳感器將必須以非常低的功率工作，以將電池壽命延長數月或利用從環境中收集到的能量。但這意味著他們需要汲取各種各樣的電流。例如，傳感器可能經常這樣醒來，進行測量并執行少量計算以查看該測量是否超過某個閾值。這些操作所需的電流相對較小，但有時傳感器可能需要將警報發送到遙遠的無線電接收器。這需要更大的電流。

通常，僅在狹窄的電流范圍內，采用輸入電壓并將其轉換為穩定輸出電壓的功率轉換器才有效。但是在上周舉行的國際固態電路會議上，麻省理工學院微系統技術實驗室（MTL）的研究人員提出了一種新的電源轉換器，該轉換器可以在500皮安至1毫安的電流范圍內保持效率，其跨度增加了200萬倍。

“通常，轉換器具有靜態功率，即使在不向負載提供任何電流時，它們也消耗的功率，”工作完成后擔任MTL博士后，現在在IBM工作的Arun Paidimarri說道。研究。“因此，例如，如果靜態功率為微安，那么即使負載僅拉動納安，它仍將消耗微安的電流。我的轉換器可以在很寬的電流范圍內保持效率。”

Paidimarri是會議論文的第一作者，他還獲得了麻省理工學院的博士學位和碩士學位。他的論文顧問Anantha Chandrakasan和MIT的Vannevar Bush電氣工程與計算機科學教授一起參加了會議。

數據包角度

研究人員的轉換器是降壓轉換器，這意味著其輸出電壓低于其輸入電壓。特別是，它需要1.2到3.3伏的輸入電壓，并將其降低到0.7到0.9伏之間。

Paidimarri說：“在低功率狀態下，這些功率轉換器的工作方式并不基于連續的能量流。” “它基于這些能量包。您在電源轉換器中有這些開關，一個電感器和一個電容器，基本上就可以打開和關閉這些開關。”

用于開關的控制電路包括測量轉換器的輸出電壓的電路。如果輸出電壓低于某個閾值（在本例中為0.9伏），則控制器將拋出一個開關并釋放一包能量。然后，他們執行另一個測量，并在必要時釋放另一個數據包。

如果沒有設備從轉換器汲取電流，或者電流僅流向簡單的本地電路，則控制器每秒可能釋放1到數百個數據包。但是，如果轉換器向無線電供電，則可能需要每秒釋放一百萬個數據包。

為了適應該范圍的輸出，典型的轉換器-即使是低功率轉換器-每秒只需執行一百萬次電壓測量；在此基礎上，它將釋放1到1百萬個數據包。每次測量都會消耗能量，但是對于大多數現有應用而言，功耗可以忽略不計。但是，對于物聯網，這是無法忍受的。

因此，Paidimarri和Chandrakasan的轉換器具有可變時鐘，可在各種速率下運行開關控制器。然而，這需要更復雜的控制電路。例如，監視轉換器輸出電壓的電路包含一個稱為分壓器的元件，該元件會從輸出中吸出少量電流進行測量。在典型的轉換器中，分壓器只是電路路徑中的另一個元素。實際上，它始終處于打開狀態。

但是虹吸電流會降低轉換器的效率，因此在麻省理工學院研究人員的芯片中，分頻器被一塊附加的電路元件包圍，這些電路元件僅在測量所需的幾分之一秒內才允許進入分頻器。結果是，即使以前報告的最佳實驗低功耗降壓轉換器，其靜態功耗也降低了50％，電流處理范圍擴大了十倍。

Chandrakasan說：“這為利用新型能量收集源（例如人體電子設備）操作這些電路提供了令人興奮的新機遇。”

Yogesh Ramadass說：“這項工作突破了低功率DC-DC轉換器的最新技術水平，在靜態電流以及在這些低電流水平下可以達到的效率方面，您能走多低。”是德州儀器（TI）Kilby Labs的電源管理研究總監。“您不希望轉換器消耗的功率超過交付的功率，因此對于轉換器來說，具有非常低的靜態功率狀態至關重要。”