Imec ontwikkelt een ultra-breedband-zenderschip die datarates tot 1,66 Gb/s mogelijk maakt met een stroomverbruik in het milliwatt-bereik

De nieuwe impulsradio-ultrabreedband-zenderchip van Imec maakt datatransmissies tot wel 1,66 Gb/s mogelijk voor in-body- en korte-afstandsapplicaties. / Imec’s nieuwe impulsradio-ultrabreedband-zenderchip ondersteunt datatransmissies tot 1,66 Gb/s voor in-body- en korte-afstandsapplicaties.

Op de internationale Solid-State Circuits Conference (ISSCC) die deze week plaatsvindt, introduceert imec - een wereldwijd toonaangevend onderzoeks- en innovatiecentrum voor nano-elektronica en digitale technologieën - een nieuwe impulsradio-ultrabreedband (IR-UWB) zenderschip dat de toekomst van UWB-technologie opnieuw kan definiëren.

De in 28nm CMOS vervaardigde en slechts 0,155mm² grote IR-UWB-chip van imec heeft een energieverbruik van minder dan 10 milliwatt (mW). Bovendien heeft hij bewezen dat hij datasnelheden van 1,66 Gb/s mogelijk maakt. Dit is 50 keer sneller dan de snelheid die de huidige UWB-standaard ondersteunt. De prestaties van de chip bevestigen de overtuiging van de onderzoekers dat UWB zeker in staat is om verder te gaan dan de typische toepassingsgebieden van "precieze en veilige afstandsmeting".

Vandaag de dag wordt ultrabreedband-communicatietechnologie vaak ingezet ter ondersteuning van toepassingen zoals veilige sleutelloze toegang in de auto-industrie en de horeca, binnenruimte-lokalisatie en tracking van waardevolle goederen. Experts benadrukken echter al geruime tijd dat het potentieel van UWB veel groter is.

"Gebaseerd op deze vaste overtuiging drijven wij de grenzen van UWB verder", zegt Christian Bachmann, programmamanager voor UWB bij imec. "Dit heeft ons ertoe aangezet te onderzoeken of de technologie daadwerkelijk in staat is om toepassingen met lager stroomverbruik en hogere bitsnelheid te ondersteunen, wat heeft geleid tot de ontwikkeling van deze gloednieuwe ultrabreedband-zenderschip."

Complexe modulatieprocedures helpen het onbenutte potentieel van UWB te benutten

De nieuwe IR-UWB-chip van imec is vervaardigd in 28nm CMOS en heeft een oppervlakte van slechts 0,155mm². Hij maakt datasnelheden tot 1,66 Gb/s mogelijk voor in-lichaam- en short-range-toepassingen. Dat is meer dan 50 keer sneller dan wat mogelijk is met de huidige IEEE 802.15.4z-standaard. Ondanks de recordhoogte bitsnelheden die hij ondersteunt, heeft de zender een energieverbruik van minder dan 10 milliwatt (mW). En zijn energie-efficiëntie van 5,8 picoJoule/bit is ten opzichte van Wi-Fi een verbetering van minstens een orde van grootte.

Om deze hogere datasnelheden te bereiken, gebruikt de chip complexere (en zelfs gecombineerde) modulatieschema's die voortbouwen op de expertise van imec in de ontwikkeling van volledig digitale faseregelcircuits (ADPLLs) en digitaal gestuurde versterkers. Om deze hybride impulsmodulatieprocedures mogelijk te maken met zo min mogelijk ruimte, ontwikkelden de onderzoekers een zeer energie-efficiënte en jitterarme ringoscilator in combinatie met een stroomzuinige polarsender.

Van indrukwekkende AR/VR-ervaringen tot neurowetenschappelijk onderzoek

Deze veelbelovende resultaten bewijzen dat UWB inderdaad in staat is om een breed scala aan nieuwe toepassingen te ondersteunen, die hoge datasnelheden bij korte afstanden combineren met een zeer laag energieverbruik en een klein formaat.

"Een toepassingsvoorbeeld is de volgende generatie slimme brillen, die indrukwekkende AR/VR-ervaringen mogelijk maken", zegt Bachmann. "En ook neurowetenschappelijk onderzoek zou kunnen profiteren van deze nieuwe inzichten door draadloze telemetriemodules met hoge bitsnelheid en miniaturisatie voor intracorticale metingen te gebruiken. In elk van deze gevallen zou UWB kunnen uitgroeien tot een sterke concurrent van Wi-Fi, omdat laatstgenoemde doorgaans meer ruimte inneemt en complexer is."

Meer onderzoek en standaardisatie-inspanningen zijn nu nodig om deze technologie rijp te maken en de wereld te laten profiteren van haar voordelen. Daartoe verwelkomt imec partners die zich willen aansluiten bij zijn UWB R&D-programma en uitgebreide partnernetwerk.