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Lokalisierung in Gebäuden

Neuer UWB-Sender-IC braucht weniger als 5 mW

17. Februar 2021, 09:43 Uhr   |  WEKA FACHMEDIEN, Newsdesk

Neuer UWB-Sender-IC braucht weniger als 5 mW
© IMEC

Nur 4,9 mW benötigt der IR-UWB-Sender (Impulse Radio – Ulta-wideband) des IMEC. Er erfüllt den neuen Standard IEEE 802.15.4z für Lokalisierungsanwendungen in Gebäuden.

Nur ein Zehntel der Leistung im Vergleich zum Stand der Technik benötigt der vom IMEC entwickelte UWB-Sender-IC. Er verbindet die genauen und sicheren Übertragungseigenschaften von IR-UWB (Impulse Radio) nach IEEE 802.15.4z mit der Forderung nach höherer Energieeffizienz.

Auf der International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) präsentiert das IMEC (Interuniversity Microelectronics Centre) einen Ultrabreitband-Sender-IC nach IEEE 802.15.4z (IR-UWB, Impulse Radio – Ultra-wideband), der in einem 28-nm-CMOS-Prozess gefertigt wird. Er belegt eine Fläche von nur 0,15 mm² und wurde speziell entwickelt, um eine rekordverdächtig niedrige Leistungsaufnahme von 4,9 mW im standardkonformen Betrieb zu erreichen und gleichzeitig die strengen Emissionsanforderungen von UWB einzuhalten. Der IC ist der erste Sub-5mW-IR-UWB-Sender, der den neuen IEEE 802.15.4z-Standard erfüllt.

Die Ultrabreitbandtechnik ist perfekt geeignet, um eine genaue und sichere Ortung für Lokalisierungsanwendungen in Innenräumen zu ermöglichen. Dies gilt umso mehr seit der Einführung des Standards IEEE 802.15.4z im letzten Jahr, der die physikalische Schicht von UWB verbessert, um die Integrität und Genauigkeit der Entfernungsmessungen zu erhöhen. Allerdings hat der bisherige Energiebedarf von UWB die Verbreitung der Technik eingeschränkt – zugunsten von Bluetooth Low Energy (BLE), dessen Stromaufnahme bei einem Zehntel liegt.

Der IR-UWB-Sender-IC vom IMEC baut auf einem digitalen Sender mit polarer Modulation auf, um die Leistungsaufnahme des ICs auf nur 4,9 mW deutlich zu reduzieren. Zusätzlich ermöglicht die ILRO-Technik (Injection-Locked Ring Oscillator) eine noch größere Leistungseinsparung, indem sie ein schnelles Umschalten zwischen den Signalbursts des IR-UWB-Senders innerhalb eines Pakets ermöglicht und Teile des Senders zwischen diesen Pulsen abgeschaltet werden können.

Ebenso wichtig ist, dass der IR-UWB-Sender-IC vom IMEC die strengen weltweiten Frequenzvorschriften einhält, die festlegen, in welchen Frequenzen der UWB-Sender senden darf, um Interferenzen mit anderen Funkdiensten zu vermeiden. Zu diesem Zweck schlagen die IMEC-Forscher eine asynchrone Pulsform vor, die die internationalen Vorschriften zur spektralen Emission in den Bändern von 3–10 GHz erfüllt und es dem Sender gleichzeitig ermöglicht, nahe an der maximalen spektralen Leistungsdichte (PSD) zu arbeiten.

Christian Bachmann, Program Manager UWB und Bluetooth Secure Proximity beim IMEC: »Dieser Durchbruch ist die jüngste Ergänzung zu IMEC's Erfolgsbilanz, wenn es um die Entwicklung von Mikroortungstechniken und digitalen HF-Schaltungen mit sehr geringer Stromaufnahme geht. Doch unser Ehrgeiz reicht viel weiter als die Entwicklung eines alleinigen UWB-Senders. Was wir anstreben, ist die Entwicklung eines kompletten Transceivers – einschließlich neuartiger, hochleistungsfähiger Algorithmen für Entfernungsmessung, Peilung und Lokalisierung –, der es unseren Partnern ermöglicht, die Möglichkeiten von UWB der nächsten Generation voll auszuschöpfen. Möglichkeiten, die sich sogar auf zukünftige radarähnliche Anwendungen erstrecken könnten, bei denen UWB nicht nur zur Messung der Entfernung zwischen zwei UWB-Funkgeräten verwendet wird, sondern auch zur Erkennung passiver Objekte.«

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