采用片上系统解决方案设计下一代低功耗自动传感器节点
传感器是最先接触到物理环境的部件。MEMS 技术不仅可以缩小传感器尺寸而且还能提高感应数值的精确度。基于 MEMS 的传感器能监控温度、电压、湿度、光、振动、气体等，是无线传感器节点板上传感器的组成部分。这些传感器能产生模拟信号。然后，需要将产生的模拟信号进行放大，以便对其进行处理和去噪声。可通过 SPI、I2C 等串行接口对外部传感器进行配置或控制。
能源要求和来源
模拟传感器通常是能耗大户。举例来说，基于金属氧化物的气体传感器等有源传感器在工作时需要进行加热，这会消耗大量能量。接下来是通信链路，需要定期突发大量数据包，也会消耗能量。最后是数字处理器，它需要在数据传输之前完成信号的感应或转换以及低级处理任务。
典型的节点包括用于捕捉外部现象的传感器、带信号处理电路的 ADC(将传感器信息转换为可靠的数字形式)以及用于数据通信的无线电。通常而言，能耗大小取决于无线电。但是根据感应活动占空比的不同，有时传感器也会成为最大的耗能部件。研究发现，一个节点工作时所需的电能通常介于 1uW 到 20uW 之间。需要通过一系列节点进行数据协作处理，这样才能完成计算密集型任务。
环境能源的收集
环境中的许多能源都可作为无线传感器节点整个使用周期内工作所需的电力来源。我们将重点介绍 RF 能源、机械能以及太阳能收集。有关文献资料已经充分证明，这些都是无线节点的可行能源。
RF 能源是指公共电信系统产生的能量。距离基站 30 到 100 米，GSM 提供的 RF 能量大小约为 0.1 到 1mW/m2。这不足以支持任何可行的能量收集机制。另一方面，WLAN 提供的 RF 能源比 GSM 还要小很多。收集 GSM 能量一种可能的办法就是采用大面积天线，或者采用一个专用的 RF 能量源。不过需要指出的是，信号发射水平不得超出所允许的最大值。
如果要收集机械运动或振动产生的能量，我们可以采用静电、压电和电磁传导技术。对于静电换能器而言，极化电容器两个电极之间的距离变化会产生电压变化。对于压电换能器而言，材料形状的变化会产生电压变化。而电磁换能法的原理则是通过磁性物质的运动促使线圈磁链发生变化。
热发生器基于塞贝克效应(Seebeck Effect)，即不同材料的两个接点会保持不同温度。这就会在接点开放端生成电压。光伏能是另一个重要的能量来源，其效率为 5% 到 30%，这要取决于采用什么样的材料。
我们从表 1 可以看出，这里给出的都是单位面积功率，因为器件厚度相对于面积而言并不起主要作用。不同能量源所产生能量的多少很大程度上取决于节点的环境。我们假定平均能收集数十微瓦的能量，也就是说微型传感器节点功耗为 10 到 40uW 就能实现能量收集了。因此，将能量收集与某种形式的能量储存相结合，理论上就能无限延长系统工作寿命。
表 1：环境能量与收集能量的分析
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