無線供電低功耗感測标簽及系統關鍵技術如何應用？
随着物聯網技術的快速發展，無線供電低功耗感測标簽及系統在許多應用領域中具有廣泛的應用前景。本文詳細研究了無線供電低功耗感測标簽及系統的關鍵技術，包括無線能量傳輸、低功耗感測器設計、無線通信技術以及能量管理。
一、無線供電低功耗背景
物聯網是21世紀的關鍵技術之一，為實作智能城市、智能交通和智能家居等多種應用提供了基礎設施，無線供電低功耗感測标簽及系統是物聯網的重要組成部分，具有無需電池、低成本、長壽命等特點，廣泛應用于物品追蹤、環境監測、醫療保健等領域。
然而，實作高性能、低功耗的感測标簽仍面臨許多技術挑戰，本文旨在探讨無線供電低功耗感測标簽及系統的關鍵技術，為相關領域的研究和應用提供參考。
二、無線能量傳輸技術
無線能量傳輸技術可分為近場和遠場兩類，近場能量傳輸主要包括電磁感應和磁共振耦合，其傳輸距離較短，通常在幾厘米至幾米之間，遠場能量傳輸主要通過射頻、微波和光波實作，傳輸距離可達數十米至數千米。
近場能量傳輸具有傳輸效率高、安全性好、受環境影境影響小的優點，但傳輸距離有限。而遠場能量傳輸可以實作遠距離傳輸，但傳輸效率較低，易受環境幹擾，為了在實際應用中實作高效、安全的無線供電，需要根據具體場景選擇合适的無線能量傳輸技術。
磁共振耦合技術是一種近場能量傳輸技術，通過共振器在兩個磁場之間實作能量傳輸，與電磁感應相比，磁共振耦合具有傳輸距離遠、傳輸效率高、抗幹擾能力強等優點，磁共振耦合技術可以根據應用需求調整共振頻率、線圈結構和材料等參數，以實作不同傳輸距離和傳輸效率的無線供電。
三、低功耗感測器設計
低功耗感測器設計的關鍵是選擇合适的傳感器以滿足系統性能和功耗要求，傳感器選擇應考慮傳感器的工作原理、靈敏度、測量範圍、響應時間、穩定性以及功耗等因素，在選擇傳感器時，可以通過以下方法實作功耗優化。
第一，選擇低功耗傳感器，優選低工作電壓、低靜态功耗和低動态功耗的傳感器，第二使用電源管理政策，通過采樣率調整、休眠喚醒機制等方法，降低傳感器的平均功耗，第三進行傳感器校準與補償，通過數字信号處理技術，減少傳感器誤差，提高測量精度。
低功耗電路設計關鍵在于降低電路的靜态功耗和動态功耗，首先就是降低工作電壓，降低工作電壓可以有效減小靜态功耗和動态功耗，但需要注意電壓降低可能導緻電路性能下降，其次是使用低功耗器件，選擇低漏電流、低門檻值電壓的器件，降低靜态功耗。
再者是優化電路結構，采用電流鏡、差分放大器等低功耗電路結構，減少電路中的能量消耗，最後則采用動态電源管理政策，通過調整工作頻率、休眠喚醒機制、電源門控等方法，降低動态功耗，除此之外，也可以利用模拟/數字混合信号處理，結合模拟信号處理和數字信号處理的優點，優化信号處理路徑，減小功耗。
為了實作低功耗感測标簽的長壽命運作，辦法一是分級功耗管理，将系統分為多個功耗等級，根據系統的運作狀态和性能需求，動态調整各部分的工作狀态和工作頻率，辦法二是動态電源管理，通過實時監測系統的負載和環境條件，調整電源電壓和工作頻率，以降低功耗。
辦法三是采用事件驅動政策，根據外部事件觸發系統的工作狀态切換，降低系統在空閑狀态下的功耗，最後可以實施自适應調節政策，根據系統的性能需求和環境條件，自适應調節系統參數，實作功耗優化。
四、無線通信技術
通信協定是無線通信系統中的關鍵組成部分，直接影響通信性能和功耗，ZigBee具有低功耗、低成本、可擴充性強的特點，适用于短距離、低資料率的無線通信，Bluetooth Low Energy (BLE)具有低功耗、低延時、高靈活性的特點，适用于短距離、低至中等資料率的無線通信，LoRaWAN采用LoRa調制技術，具有遠距離、低功耗、低成本的特點，适用于遠距離、低資料率的無線通信。
調制方式直接影響無線通信系統的傳輸距離、抗幹擾能力和功耗，在無線供電低功耗感測标簽及系統中，頻率偏移鍵控 (FSK)具有抗幹擾能力強、調制解調簡單、功耗較低的特點。
相移鍵控 (PSK)相對于FSK，PSK具有更高的頻譜效率，但抗幹擾能力較弱，最後正交幅度調制 (QAM)，QAM具有較高的頻譜效率，但複雜度較高，抗幹擾能力較弱，在要求高資料率和高頻譜效率的場景下，可以考慮采用QAM調制方式。
五、筆者觀點
能量收集是無線供電低功耗感測标簽及系統的關鍵技術之一，能量收集技術可以利用環境中的光、熱、振動等能源為感測标簽供電，而為了實作低功耗感測标簽的長壽命運作，則需要對收集到的能量進行高效轉換和存儲。
綜上，通過對無線供電低功耗感測标簽及系統關鍵技術的深入研究，本文為實作高性能、低功耗的感測标簽提供了有益的參考。在未來的研究中，可以進一步探讨多種能量收集技術的融合與優化，以實作更高效的能量管理。
