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對于需要RF連接的嵌入式控制系統來說，電子水表和燃氣表可以作為最具挑戰性低功耗設計的典型代表。這些系統的特點是電池供電（例如：燃氣表和水表安裝點一般不提供墻電），并要求電池使用壽命為20年以上。公共事業供應商提出這個要求，是因為僅僅一次專家維護的成本通常就超過智能儀表的全部成本。由于有超長壽命的設計要求，幾乎所有水表和燃氣表都使用鋰亞硫酰氯（LiSOCl2）化學電池，因為其非常低的自放電特性，在儀表中的使用壽命可達20年以上。然而，這種電池價格昂貴（約1.5美元/安時），導致單個水表或燃氣表中電池BOM成本高達10-15美元。 許多智能儀表供應商決定通過擴展產品的通信覆蓋范圍使其產品脫穎而出。在他們的系統網絡拓撲結構中，一定數量的儀表通過sub-GHz網絡發送使用和計費信息到安裝在電線桿上的中繼器，中繼器收集匯總信息并通過蜂窩網絡或其他回傳通道發送到公共事業服務商。中繼器可以支持大約1000個儀表節點。然而，中繼器成本往往是單個儀表節點成本的10-100倍。儀表供應商通常要面對來自其客戶的壓力，要求降低網絡中中繼器的數量，解決這一問題最現實的方法是提高發射器（TX）鏈路的穩固性。 改進TX鏈路預算的方法有許多。一種最顯而易見的解決方案是使用功率放大器（PA）增大發射器輸出功率。然而就電池使用壽命而言，這種方法的成本也最高。另一種解決方案是增強協議，盡量減少信息錯誤和隨之而來的重傳次數。雖然這種技術比簡單增加PA的方法更加節省功耗，但仍然比當前功率預算增加大約40%。 假設重新設計的智能儀表有以下三個設計要求： ? 40%以上的功率預算分配給TX功能，以增加覆蓋范圍 ? 維持現有LiSOCl2電池大小（A）和容量（3650mA-hr） ? 維持現有的電池使用壽命20年 策略很明確，在TX預算范圍內增加功耗，但不增加整體功耗預算，這就意味著必須降低其他功能區功耗，例如：RX、工作模式和休眠模式預算。圖1顯示原始功耗預算和重新設計后的目標預算。 圖1：智能儀表應用功耗預算對比 更高電壓轉換效率 為了增加CMOS電路性能并降低其功耗，芯片設計人員通常采用最小尺寸并且實用的裝置來構建集成電路。一般情況下，嵌入式處理器和RF收發器采用0.18μm、0.13μm甚至90nm工藝設計。降低裝置功率消耗的一個關鍵指標是降低內部工作電壓，從而降低CVf開關損耗。 |
