突破UWB極限 imec推1.66Gb/s毫瓦級發射器晶片

圖說:由imec開發的全新脈衝無線電超寬頻發射器晶片具備高達1.66Gb/s的資料傳輸率,可用來支援體內感測與短程測距應用。

圖說:由imec開發的全新脈衝無線電超寬頻發射器晶片具備高達1.66Gb/s的資料傳輸率,可用來支援體內感測與短程測距應用。

比利時微電子研究中心(imec)在本周國際固態電路研討會(International Solid-State Circuits Conference;ISSCC)上發表了一款創新的脈衝無線電超寬頻(impulse-radio ultra-wideband;IR-UWB)發射器晶片,重新定義了UWB技術的未來。 

imec開發的這款IR-UWB晶片採用了28nm CMOS製程,尺寸僅有0.155mm2,實現了小於10mW的超低功耗,並且支援1.66Gb/s的超高資料傳輸率,比現今的UWB標準等級快50倍。該晶片的性能優異,也讓研究團隊對UWB技術更有信心,相信未來除了常見的精確與安全遙測,還能進一步拓展其它應用。

目前,超寬頻通訊技術常用來支援汽車及餐旅業的安全感應鑰匙、室內定位系統以及資產追蹤應用。然而,不少專家也曾公開表明,UWB技術的潛力絕不止於此。

「我們深信UWB技術的潛力無窮,不斷在推進它的極限,」imec超寬頻技術研究計畫主任Christian Bachmann表示:「我們也進一步研究這項技術是否可以有效地支援低功耗、高位元率的應用,進而成功開發出一款全新的超寬頻發射器晶片。」

運用複雜調變方案 發掘UWB全新潛能

imec全新的IR-UWB晶片採用28nm CMOS製程,表面積只有0. 155mm2,其資料傳輸率高達1.66Gb/s,可用於體內感測或短程測距應用,如此高速的傳輸性能相當於現在IEEE 802.15.4z標準的50倍。儘管這款發射器能夠支援史上最高的位元率,其功耗卻不到10mW,而且能源效率為5.8pJ/b,至少是Wi-Fi的10倍以上。

這款晶片為了實現更高的傳輸速率,利用了高複雜度(甚至是整合式)的脈波調變方案。這些方案奠基於imec開發全數位鎖相迴路(all-digital phase locked loop;ADPLL)與數位控制功率放大器的專長。為了盡可能縮小這些混合式調變方案的元件尺寸,研究團隊開發出一款高能源效率、低抖動的環振盪器,並搭配一款低功耗的極座標發射器。

從沉浸式AR/VR體驗到神經科學研究

這些研究成果的前景看好,並證實了UWB技術確實能夠支援各種需要短距離高速傳輸、超低功耗與超小尺寸的新興應用。

「適合的應用案例包含了新一代的智能眼鏡,未來就能實現沉浸式AR/VR體驗。」Bachmann表示:「神經科學研究也能從這些全新見解中獲益,驅動大腦皮層感測所需的高速傳輸與微型化的無線遙測模組持續發展。」他進一步指出:「在上述兩項應用中,UWB技術都可能成為Wi-Fi技術的強勁對手,因為Wi-Fi元件通常尺寸較大,複雜性也更高。」

為了讓UWB技術更成熟,現階段需要投入更多研究並進行標準化,全球也能共享豐富的研發成果。為此,imec廣邀合作夥伴共同加入其UWB研究計畫與合作網絡。

imec將在2022年國際固態電路研討會(ISSCC)上發佈並展示其全新的IR-UWB晶片。有關imec廣負盛名的UWB R&D研究計畫,更多細節