Imec présente la première puce d’émetteur ultra-large bande IEEE 802.15.4z sous-5 mw au monde

Lors de la Conférence internationale sur les circuits à semi-conducteurs (ISSCC) de cette semaine, imec – un pôle de recherche et d’innovation de premier plan dans le domaine de la nanoélectronique et des technologies numériques – présente le premier émetteur radio à impulsion ultra-large bande (IR-UWB) IEEE 802.15.4z frappant un équilibre entre les capacités de télémétrie précises et sûres de l’UWB pour la localisation en intérieur et le besoin d’une efficacité énergétique accrue.

Fabriqué en CMOS 28 nm (avec une zone centrale occupée de seulement 0,15 mm²), la puce vise à permettre la prochaine génération de déploiements UWB à petit facteur de forme rentables. Il a été développé sur mesure pour atteindre une consommation d’énergie record de 4,9 milliwatt (mW) dans un fonctionnement conforme à la norme, tout en respectant les réglementations strictes en matière d’émission spectrale de l’UWB. Il s’agit également de la première puce émettrice IR-UWB inférieure à 5 mW à se conformer à la nouvelle norme IEEE 802.15.4z pour des mesures de télémétrie UWB encore plus précises et sécurisées.

Les applications de localisation en intérieur et de micro-localisation sont de plus en plus populaires. Pensez aux solutions d’entrée sans clé pour les véhicules, les hôtels et les immeubles de bureaux, et au suivi des actifs dans les entrepôts ou les usines. Intrinsèquement, la technologie ultra-large bande est parfaitement adaptée pour s’adapter à une télémétrie précise et sécurisée pour les cas d’utilisation de localisation en intérieur. D’autant plus depuis l’introduction de l’année dernière de la norme IEEE 802.15.4z, améliorant la couche physique de l’UWB pour augmenter l’intégrité et la précision de ses mesures de télémétrie. Pourtant, le budget de puissance d’UWB a limité l’adoption généralisée de la technologie – en faveur de son concurrent Bluetooth Low Energy (BLE), qui est venu avec une consommation d’énergie plus de 10 fois inférieure.

«Par conséquent, la puce émettrice IR-UWB que nous présentons à l’ISSCC n’est rien de moins qu’un changeur de jeu dans le domaine de la télémétrie haute précision et sécurisée pour la localisation en intérieur», explique Christian Bachmann, responsable du programme UWB et Bluetooth Secure Proximity chez imec. «Son architecture innovante et à forte intensité numérique a été fabriquée dans un processus CMOS 28 nm, ce qui conduit à une utilisation de zone de seulement 0,15 mm². Et il est livré avec une consommation d’énergie record de 4,9 mW, ce qui est dix fois inférieur au budget énergétique des produits UWB à la pointe de la technologie. ”

«Cet effort de recherche fait partie de la stratégie d’imec visant à faire de l’UWB une option technologique ultra-basse consommation et rentable pour une nouvelle génération de petits cas d’utilisation de micro-localisation et de localisation en intérieur alimentés par batterie», ajoute-t-il.

La puce s’appuie sur une architecture d’émetteur polaire numérique innovante pour réduire considérablement la consommation d’énergie du circuit intégré à seulement 4,9 mW. De plus, la technologie ILRO (Injection-Lock Ring Oscillator) permet de réaliser des économies d’énergie encore plus importantes – en permettant un cycle de service rapide entre les salves de signal de l’émetteur IR-UWB dans un paquet et en permettant d’éteindre certaines parties de l’émetteur entre ces impulsions.

Tout aussi important, la puce d’émetteur IR-UWB de l’imec est conforme aux réglementations internationales strictes en matière de spectre qui dictent les fréquences dans lesquelles l’émetteur UWB peut émettre, afin d’éviter les interférences avec d’autres services sans fil. À cette fin, les chercheurs de l’imec proposent une conception de mise en forme d’impulsions asynchrone qui répond aux réglementations internationales d’émission spectrale dans les bandes 3-10 GHz, tout en permettant à l’émetteur de fonctionner étroitement à la densité spectrale de puissance maximale (PSD).

«Cette percée est le dernier ajout au bilan de l’imec en matière de développement de technologies de micro-localisation et de circuits RF numériques à très faible puissance. Pourtant, notre ambition va bien au-delà du développement d’un seul émetteur UWB. Ce que nous travaillons vers, est la conception d’un émetteur-récepteur complet – y compris de nouveaux algorithmes de télémétrie, de radiogoniométrie et de localisation haute performance – qui permettront à nos partenaires d’explorer pleinement les opportunités offertes par l’UWB de nouvelle génération. Opportunités qui pourraient même s’étendre aux futurs radars. applications, dans lesquelles UWB n’est pas seulement utilisé pour mesurer la distance entre deux radios UWB, mais aussi pour détecter des objets passifs », conclut Bachmann.

Plus d’information:
Présenté à l’ISSCC 2021 – voir session 21.2 A 3-to-10GHz 180pJ / b IEEE802.15.4z / 4a IR-UWB Coherent Polar Transmitter in 28nm CMOS with asynchronous Amplitude Pulse Shaping and Injection-Locked Phase Modulation