Новый Bluetooth-передатчик потребляет менее 1 мВт


    Чип передатчика (справа, розоватого цвета) подключен к антенне магнитного монополя (ещё правее, зелёная), которая является интегральной частью резонатора. Все остальные детали на плате только для целей тестирования

    Главная и самая насущная необходимость для устройств интернета вещей — надёжное энергопитание без проводного подключения к сети. Инженеры уже разработали сенсоры с минимальным энергопотреблением, которые могут десятилетиями питаться от одной батарейки или вообще получать энергию из окружающей среды (солнечные батареи, радиоволны, вибрация, разница температур и т. д.). Но оставалась проблема с энергопотреблением передатчиков. Даже самый энергоэффективный стандарт Bluetooth Low Energy (BLE) требует довольно значительного питания, что ставит под вопрос возможности длительной автономной работы с передачей данных.

    Инженеры из Мичиганского университета приблизились к решению этой проблемы: они разработали первое автономное устройство миллиметрового размера, которое может передавать данные по BLE, потребляя всего 0,6 мВт. С такими характеристиками передатчик может работать примерно 11 лет на обычной 5,8-миллиметровой круглой батарейке, пишет IEEE Spectrum.

    Чип передатчика представили в феврале на международной конференции IEEE Solid-State Circuits. Дэвид Вентцлофф, доцент Мичиганcкого университета, который возглавлял научный проект, говорит, что микросхема решает две задачи: потребляемая мощность и размер антенны. «Размер антенны обычно основан на физике, а вы не можете обмануть физику», — говорит Вентцлофф. Однако научному коллективу удалось решить обе проблемы.

    Обычная схема передатчика требует настраиваемого RF-генератора для генерации частоты, усилителя мощности для увеличения амплитуды и антенны для излучения сигнала. В этой конструкции инженеры объединили генератор и антенну таким образом, что усилитель стал ненужным. Они назвали свое изобретение генератором мощности (power oscillator).

    Ключевой частью генератора является цепь резонатора: индуктор и конденсатор. Энергия передаётся между магнитным полем индуктора и электрическим полем конденсатора с резонансной частотой, определяемой ёмкостью и индуктивностью. В новой схеме команда использовала саму антенну в качестве индуктора в резонаторе. Поскольку антенна действует как индуктор, она излучает, используя переменное магнитное поле вместо электрического. Таким образом, получилось сделать её более компактной.


    Трансформатор (восьмиугольник слева внизу), встроенный в блок питания передатчика Bluetooth, повышает эффективность. Активная площадь чипа составляет всего 0,5 мм².

    Размер — не единственное преимущество новой микросхемы, говорят разработчики. Важно ещё и то, что антенна является гораздо более качественным индуктором, чем индукторы на кристалле. Фактор качества (Q) примерно в пять раз больше, чем у индуктора на чипе.

    Данное исследование — часть проекта M³, в рамках которого разрабатываются модульные сенсоры миллиметрового размера. Следующим шагом, говорит Вентцлофф, станет интеграция передатчика BLE в один из таких сенсоров.
    Поделиться публикацией

    Комментарии 7

      +4
      Если бы это была антенна с магнитным монополем, им бы уже нобелевку вручали вне очереди.

      Но пока что это лишь магнитная монопольная антенна.
        +3
        Да тут как-то вообще технический английский страдает.
        Один только «более качественный индуктор» в паре с «фактором качества» чего стОят.
        Да, оно понятно, что автор перевода — не специалист, но всё же…
          0
          Да уж, люди знакомые с коэффициентом добротности не занимаются переводами.
          Очень жаль что подобный непрофессионализм распространен равномерно и повсеместно.
        0
        они разработали первое автономное устройство миллиметрового размера, которое может передавать данные по BLE, потребляя всего 0,6 мВт. С такими характеристиками передатчик может работать примерно 11 лет на обычной 5,8-миллиметровой круглой батарейке

        Имеется в виду 11 лет непрерывной передачи данных или, например, ежедневно по одной секунде?
          0
          0,6 мВт от 3,0 В — это 0,2 мА, CR2032 имеет ёмкость 260 мА*ч, 11 лет — это 11*365*24 = 96 360 часов, 260 / 96360 = 0,0027 мА среднего потребления, из них, допустим, 1 мкА придётся на статическое потребление чипа.

          Т.е. рабочий цикл (0,0027 — 0,001)/0,2 = 0,0085, теоретически передавать можно по секунде каждые 2 минуты.
            0
            Спасибо, теперь разработка вполне себе впечатляет.

            Остаётся вопрос, продержится ли сама батарейка так долго, но это, конечно, уже другая история.
              0
              Ну, тут достаточно сравнить с типовыми передатчиками, например, CC2650 при выхлопе в 0 дБм жрёт 6 мА, т.е. в 30 раз больше. С другой стороны, у него в это потребление включено ядро, которое поддерживает собственно коммуникацию, а не только сам приёмопередатчик.

              Батарейка — ну, LiSOCl2 выдержит, ей положено. Там другие проблемы начинаются, типа того, что у чипа 1 мкА статического потребления — это при +25 °С, при +55 там будет больше раза в полтора, а при +85 — уже в три, а при -20 потребление почти не уменьшится, зато напряжение на батарейке упадёт в полтора раза и ёмкость — в два…

        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.