功耗陡降100倍！低功耗蓝牙市场再现创新者

尽管根据蓝牙技术联盟(Bluetooth Special Interest Group，SIG)发布的《2020年蓝牙市场最新资讯》显示，至2024年，全球蓝牙设备年出货量有望超过60亿，年复合增长率高达8%。其中，低功耗蓝牙技术以26%的年复合增长率成为增速最快的蓝牙无线电版本，2020年至2024年，低功耗蓝牙单模设备出货量累计将达到75亿，市场机会巨大。但一个不争的事实是，在这个竞争极为激烈的市场里，如果没有真本事，就很难从中觅得脱颖而出的机会。

然而日前在由ASPENCORE旗下EE Times发布的第20届半导体初创公司榜单Silicon 100中，一家名为Atmosic的美国硅谷公司赫然上榜，引起了业界的广泛关注。

低功耗蓝牙的创新，永无止境

作为一家创新型无晶圆厂半导体公司，Atmosic专注于设计和提供超低功耗无线技术的解决方案。官方资料显示，公司首席执行官David Su博士拥有超过30年的工程专业经验和丰富的无线技术知识，曾在创锐讯通讯(Atheros)的早期工程团队中担任模拟/射频工程副总裁，在2011年高通收购创锐讯通讯之后，担任高通工程副总裁。而Atmosic则是由他和一群与其共事20多年的工程人员重新组建的全新团队，凭借在射频设计中独特的见解和专长，Atmosic成功研发了三种创新技术¬——超低功耗射频、射频唤醒和受控能量收集，以实现最低功耗，并彻底降低物联网应用对电池的依赖，继而实现永久续航和无电池物联网的发展。 

Atmosic的三种创新技术：超低功耗射频、射频唤醒和受控能量收集

据称，之所以给公司取名为Atmosic，寓意在于该单词可拆分Atmos和IC两部分，其中“Atmos”来自一款永久运转的钟，名为Atmos clock；“IC”代表集成电路，两者相加，是希望公司能够设计出让电池供电设备永久续航的芯片产品。

David Su日前在接受《电子工程专辑》专访时表示，公司成立之初对包括蓝牙、Wi-Fi、GPS、NFC等在内的无线技术进行选择时，有过“非常慎重地探讨和考虑”，而最终将蓝牙市场作为切入点，则是看中了蓝牙，尤其是低功耗蓝牙非常庞大的市场价值。“这一趋势至少在短期内不会发生任何变化。”他强调说。

Atmosic的蓝牙芯片基于蓝牙5.0标准开发，能够面向智能城市、智慧家庭、工业企业、医疗、汽车、个人等多个应用领域，其最大卖点在于“能够做到其他竞争对手实现不了的超低功耗”，Atmosic M3无电池蓝牙5.0系统单芯片还因此获得了2020年国际消费电子展(CES)嵌入式技术类最佳创新奖。

Atmosic的超低功耗蓝牙5芯片(来源：Atmosic)

在谈及目标市场时，Atmosic市场和商务开发副总裁Srinivas Pattamatta将中端市场列为公司需要首先聚焦的方向，“这与汽车市场的划分很类似，我们现在的定位非常清晰。”他将目前蓝牙市场上的主要竞争对手分为两类：一类是专门面向高端市场的，这些厂商甚至推出了拥有两个处理器的产品，产品也拥有大内存和多种功能，能够覆盖市场上的高端应用；另一类是专门面对低端应用市场，处理能力有限，且不支持长距离的传输。

但他同时也表示，低功耗的实现并不仅仅取决于处理器本身，还要考虑RF设计、信号传输等其它许多复杂因素，在未来面对信号处理高要求场景时，Atmosic会考虑将自身在射频和混合信号领域的优势，与先进制程工艺充分结合，去实现超低功耗目标。当然，如果低端市场成长迅猛，推出针对低端市场的技术和解决方案对Atmosic来说更是易如反掌。

目前，Atmosic已经在深圳设立办公室，并拥有销售团队。“其实David和我并不是中国市场的小白，我们早在1997年的时候就已经有中国市场和销售的经验了，也非常了解中国客户的痛点和实际需求。所以基于Atmosic技术，我们希望可以帮助他们去解决这些挑战，并打造出更加差异化的产品。”Srinivas Pattamatta说。

下一代蓝牙设备可能真的没有电池

Atmosic的M2系列解决方案符合蓝牙5标准，并具备低功耗无线电与随需求唤醒技术，能带来10-100倍的省电。该公司的M3系列方案则又添加了受控能量采集技术，支持可确保电池寿命或是永远免换电池的运作。数据显示，Atmosic蓝牙芯片的功耗可以做到竞品的四分之一，而这还是在其传统设计下取得的能耗效果，如果配合公司独有的唤醒技术，功耗效果将更为出色。

Atmosic蓝牙芯片的功耗可以做到竞品的四分之一

与传统的亚阈值技术不同，Atmosic在设计中采用了多维度动态调整技术来降低芯片功耗。对此，David Su解释说，一般的亚阈值技术对能量供应的影响，主要由供电电压决定的，但在实际应用场景中，并不能随时满足这种理想的状况。也就是说，多维度动态调整技术关注的不仅仅是电压，而是把更多的其他参数，例如电流、电阻、电容、频率等都纳入考虑范畴，通过对其他变量的调整，在一定程度上去补偿现实场景中“供应电压”不等于“信号传输电压”的情况。

为了进一步降低功率，Atmosic设计了一种让发射器尽可能经常处于睡眠模式的方法。但他们并不是以毫瓦(mW)级的成本发射信标，而是让接收者听候启动指示。打个比方，这就好比是为RF提供两套“耳朵”：一套提供最低级别的无线电监听，以非常省电的“有意识”状态收听感知传入的传输；另一组通常会处于深度睡眠状态，只有在负责监听的“小伙伴”提醒有传入信号传输时才醒来。这就避免了无谓的功耗浪费。

当新系统启用时，这款芯片能以几毫安(mA)的能量运行，而其嵌入式RF能量采集器则可产生所需的这些能量。目前，能量采集器能以30-50%的转换效率，将来自天线的输入RF能量转换为直流(DC)电源，并支持从900MHz至2.4GHz的广泛频段，而仅产生低至50dB的路径损耗。软件方面，David Su透露称，全部软件堆栈均获得了CEVA授权，研发团队花费一年左右的时间对软件进行定制化开发，以适应低功耗应用环境。在交付硬件解决方案的同时，SDK工具包、RF射频唤醒开发工具等软件方案，也会同步交付开发者。