Ultra-Breitband-Sender-IC

Hohe Datenraten per Funk über kurze Distanz

2. März 2022, 18:37 Uhr | WEKA FACHMEDIEN, Newsdesk
Der neue Impulsradio-Ultrabreitband-Senderchip von Imec ermöglicht Datenübertragungsraten von bis zu 1,66 Gb/s für In-Body- und Kurzstrecken-Anwendungen.
© IMEC

Bis zu 1,66 Gbit/s mit einer Leistungsaufnahme im mW-Bereich ermöglicht ein neuer UWB-Sender-IC, den das IMEC entwickelt hat. Er soll in batteriebetriebenen Anwendungen wie smarten AR/VR-Brillen und Funk-Telemetriemodulen für die intrakortikale Sensorik eingesetzt werden können.

Auf der International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) stellt das IMEC (Interuniversity Microelectronics Centre) einen neuen Sender-IC für IR-UWB (impulse radio ultra-wideband) vor. Der in 28 nm CMOS gefertigte und nur 0,155 mm² große IR-UWB-Chip weist eine Leistungsaufnahme von weniger als 10 mW auf. Er erreicht eine Energieeffizienz von 5,8 pJ/bit, was im Vergleich zu Wi-Fi einer Verbesserung um mindestens eine Größenordnung entspricht. Mit dem neuen IR-UWB-IC ist es den IMEC-Forschern gelungen eine Datenübertragungsrate von 1,66 Gbit/s zu erreichen. Das entspricht dem 50-fachen der Datenrate des aktuellen UWB-Standards IEEE 802.15.4z.

Die Entwickler des IR-UWB-Sender-ICs sind überzeugt, dass die UWB-Technik, über die typischen Anwendungen der genauen und sicheren Entfernungsmessung hinaus, eingesetzt werden kann. »Basierend auf dieser festen Überzeugung treiben wir die Grenzen von UWB weiter voran«, sagt Christian Bachmann, Programmdirektor für UWB am IMEC. »Das hat uns dazu veranlasst, zu untersuchen, ob die Technik tatsächlich in der Lage ist, Anwendungen mit geringerer Stromaufnahme und höherer Bitrate zu unterstützen, was wiederum zur Entwicklung dieses brandneuen Ultrabreitband-Senderchips geführt hat.«

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Komplexe Modulationsverfahren für UWB

Um die hohe Datenübertragungsrate zu erreichen, nutzt der IR-UWB-Sender-IC komplexere und sogar kombinierte Modulationsschemata, die auf dem Know-how von IMEC bei der Entwicklung digitaler Phasenregelkreise (ADPLL, all-digital phase-locked loop) und digital gesteuerter Leistungsverstärker aufbauen. Um diese hybriden Impulsmodulationsverfahren bei möglichst geringem Platzbedarf zu ermöglichen, entwickelten die Forscher am IMEC einen hoch energieeffizienten und jitterarmen Ringoszillator in Kombination mit einem stromsparenden Polarsender.

Die mit dem IR-UWB-Sender-IC erreichten Ergebnisse belegen, dass UWB tatsächlich in der Lage ist, eine breite Palette von Anwendungen zu unterstützen, die hohe Datenübertragungsraten bei kurzen Entfernungen mit einem sehr geringen Energiebedarf und kleinen Abmessungen erfordern.

»Ein passender Anwendungsfall ist die nächste Generation von Smart Glasses, die beeindruckende AR/VR-Erlebnisse ermöglichen«, sagt Bachmann. »Und auch die neurowissenschaftliche Forschung könnte von diesen neuen Erkenntnissen profitieren, indem sie Funk-Telemetriemodule mit hoher Bitrate und Miniaturisierung für intrakortikale Messzwecke betreibt. In jedem dieser Fälle könnte UWB zu einem starken Konkurrenten der Wi-Fi-Technik werden, da letztere in der Regel einen viel größeren Platzbedarf und mehr Komplexität aufweist.«

Im nächsten Schritt sind weitere Forschungs- und Standardisierungsanstrengungen erforderlich, um die IR-UWB-Technik zur Serienreife zu bringen. Zu diesem Zweck sucht das IMEC Partner, die sich seinem UWB-F&E-Programm anschließen möchten.


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