Новый Bluetooth-передатчик потребляет менее 1 мВт
Чип передатчика (справа, розоватого цвета) подключен к антенне с магнитным монополем (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.
