新型超低功耗无线网卡诞生，一颗纽扣电池可撑数年

便携且真无线的智能家居设备、低功耗的可穿戴设备以及无电池智能设备，这些物联网的重大进步可能将要实现，因为加州大学圣地亚哥分校的电气工程师研发了一种超低功耗的 WiFi 无线网卡。

这个无线网卡封装在比米粒还要小的芯片上，功率只有 28 微瓦，它可以使物联网设备与 WiFi 网络通信，而功率仅为现有无线网卡的 1/5000。同时，这种新的无线网卡可以在高达 21 米范围内以每秒 2 兆比特的速度传输数据，这个速度足以传输音乐和 YouTube 上大部分的视频。

在小芯片中集成的超低功率无线网卡，它的面积仅为 1.5 平方毫米，右侧米粒为参考刻度（来源：David Baillot/UCSD）

该团队在 2 月 16 日至 20 日在旧金山举办的 2020 年 IEEE 国际固态电路峰会（ISSCC 2020）期间展示了其工作。

加州大学圣地亚哥分校电气和计算机工程学教授 Dinesh Bharadia 表示：“您可以将手机、智能设备，甚至是小型相机或者各种传感器连接到该芯片，它可以将设备中的数据直接发送到附近的 WiFi 网络。只需要一颗纽扣电池就可以使用数年。”

Dinesh Bharadia 教授手持一块电路板，黑色斑点下方的组件就是新的无线网卡（来源：ucsd）

商用的无线网卡通常功耗需要几百毫瓦才能将物联网设备与 WiFi 连接。这就导致兼容 WiFi 的设备需要自身配备很大的电池，频繁充电或者接入其他外部电源才能维持运行。

与 Bharadia 教授共同领导这项工作的加州大学圣地亚哥分校教授 Patrick Mercier 表示：“这款无线网卡的功率足够低，从现在开始，我们可以不用考虑非得将物联网设备嵌到墙壁使用。未来会有更多体积更小而且完全无线的物联网设备。”

畅想一下，有了这种新的无线网卡，一台便携式的 Google Home 设备，我们可以随身携带并且使用数年时间不用考虑充电，而不像现在拔了插头几个小时就没电了。

Mercier 教授补充道：“新的无线网卡还可以将目前因为不能满足现有 WiFi 的功率需求而没有实现物联网连接的设备，接入物联网。例如烟雾报警器，而且其电池更换不会有太大的负担。”

这种新的无线网卡是用过一种称为反向散射的技术来传输数据，从而以极低的功率运行。它从附近的设备（例如智能手机）或者 WiFi 接入点获取传入的 WiFi 信号，修改信号并将自身的数据编码到该信号上，然后将信号反射到另一个设备的不同 WiFi 通道或者访问点。

反向散射过程的图示（来源：ucsd）

这项工作建立在低功率 WiFi 无线电技术基础之上，Bharadia 教授曾从事该技术研发并取得斯坦福大学的博士学位。在这项工作中，他与 Mercier 教授合作开发了这种更低功耗的 WiFi 无线电。他们通过内置一个称为唤醒接收器的组件来实现超低功率。仅在需要与 WiFi 信号通信的时候，才 “唤醒”WiFi 无线电，因此它可以在其余时间保持低功率睡眠模式，在这种睡眠模式下只有 3 微瓦的功耗。

Bharadia（中）与研究生 Rohit Kumar（左）和 Manideep Dunna（右）一起展示了 Wi-Fi 无线电在两个兼容 Wi-Fi 的设备之间反向散射的装置（来源：ucsd）

研究团队对该技术的改进还包括用于反向散射数据的定制集成电路，这使整个系统更小且更高效，从而使他们的 WiFi 无线网卡能在更长的通信范围（21 米）运行。研究人员表示，21 米是智能家居环境中进行操作的实用距离。

Mercier 教授表示，“我们在这里展示了一种实用的芯片设计，它实际上还可以应用在小型低功耗设备中。”

这项研究成果已发表，论文题目为 “A 28W IoT Tag that can Communicate with Commodity WiFi Transceivers via a Single-Side-Band QPSK Backscatter Communication Technique”。

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