ISSCC 2018 BLE-Transceiver 2,3 mW Leistungsaufnahme

Bluetooth 5/BLE-Transceiver mit einer Leistungsaufnahme von nur 2,3 mW.
Bluetooth 5/BLE-Transceiver mit einer Leistungsaufnahme von nur 2,3 mW.

Das Imec hat zusammen mit Renesas Electronics einen kompletten Bluetooth 5/BLE-Transceiver (Bluetooth Low Energy) für IoT-Anwendungen präsentiert, der im Vergleich zu den heute besten Transceivern mit 6 bis 10 mW eine deutlich geringere Leistungsaufnahme aufweist.

Laut Christian Bachmann, Programm Manager Wireless Systems beim Imec, konnte in den letzten acht Jahren die Leistungsaufnahme um den Faktor 10 reduziert werden, jetzt geht das Ganze noch einmal um Faktoren runter, so dass der vom Imec präsentierte Transceiver im Empfangsmodus nur noch 2,3 mW benötigt. Die Spannungsversorgung wird mit 0,8 V angegeben, auch hier sticht der neue Transceiver also im Vergleich zu den bislang besten Ansätzen hervor, denn bislang lagen alle über 1,0 V. Bachmann: »Dank der geringeren Versorgungsspannung steigt die Batterielaufzeit um bis zu 50 Prozent, das Power-Management wird einfacher, es können kostengünstigere Batterien verwendet werden und auch mehr Energiequellen wie beispielsweise Energy-Harvester zum Einsatz kommen.« Darüber hinaus zeichnet sich der Receiver durch eine Empfindlichkeit von -95 dBm aus. Imec nutzt für die Fertigung des Transceivers eine 40-nm-CMOS-Technologie, was zu einer Fläche von lediglich 0,8 mm².

Der mithilfe eines 40-nm-CMOS-Prozesses gefertigte Transceiver basiert auf einer neuen sogenannten Phase-Tracking-Receiver-Architektur und verfügt zusätzlich über einen digitalen Transmitter, basierend auf einem ADPLL – All-Digital-PLL- und einem PHY. Bachmann: »Dank der neuen Receiver-Architektur und der vermehrten Nutzung von Digital- anstatt Analogtechnik konnte die Komplexität, Fläche und Leistungsaufnahme verringert werden.«

Dass Bluetooth in Zukunft auch für mehr als nur zur Kommunikation benutzt werden kann, dürfte bekannt sein. Ein Bereich ist beispielsweise die Indoor-Positionierung. Bachmann verweist aber außerdem darauf hin, dass Bluetooth in Zukunft auch für sicherheitsrelevante Anwendungen, Stichwort: Distance Bounding, eingesetzt werden kann. Die heutige Positionierungsgenauigkeit liegt im Meterbereich, aber »hier gibt es noch einige Möglichkeiten zur Verbesserung, so dass eine Genauigkeit von unter 30 cm machbar sein müsste« so Bachmann.

Darüber hinaus hat das Tokyo Institute of Technology ebenfalls einen BLE-Transceiver vorgestellt, der sich ebenfalls durch eine Leistungsaufnahme von 2,3 mW auszeichnet und mithilfe eines 65-nm-CMOS-Prozesses gefertigt wurde. So wie das Imec auch setzt das Institut auf eine ADPLL, sprich digitale Phasenregelschleife. Die Empfindlichkeit ist mit -94 dBm angegeben, die Fläche beläuft sich auf 1,64 mm².