Ett nytt energibesparande chip som utvecklats av ingenjörer vid University of California San Diego kan avsevärt minska eller eliminera behovet av att byta batterier i Internet of Things (IoT) enheter och bärbara enheter. Den så kallade väckarmottagaren väcker bara en enhet när den behöver kommunicera och utföra sin funktion. Det gör att enheten kan vara vilande resten av tiden och minska strömförbrukningen.

Tekniken är användbar för applikationer som inte alltid behöver överföra data, som IoT -enheter som låter konsumenterna omedelbart beställa hushållsartiklar som de ska ta slut, eller bärbara hälsoövervakare som tar avläsningar en handfull gånger om dagen.

"Problemet nu är att dessa enheter inte vet exakt när de ska synkronisera med nätverket, så de vaknar med jämna mellanrum för att göra detta även när det inte finns något att kommunicera. Detta kostar mycket kraft, "sa Patrick Mercier, professor i el- och datateknik vid UC San Diego. "Genom att lägga till en väckarmottagare, vi kan förbättra batteritiden för små IoT -enheter från månader till år. "

Laget, ledd av Mercier och UC San Diego professorer i el- och datateknik Drew Hall och Gabriel Rebeiz, publicerade sitt arbete med titeln, "A 22,3 nW, 4,55 cm ² Temperatur-Robust väckningsmottagare som uppnår en känslighet på -69,5 dBm vid 9 GHz, "i IEEE Journal of Solid-State Circuits .

Väckarmottagaren är ett extremt lågt energichip som kontinuerligt ser efter en specifik radiosignal, kallade en väckningssignatur, som talar om när huvudenheten ska väckas. Det behöver bara en mycket liten mängd ström för att hålla på och göra detta - 22,3 nanowatt i detta fall, ungefär en halv miljonedel den kraft som krävs för att köra ett LED -nattljus.

En viktig del av mottagarens design är att den riktar sig till radiofrekvenssignaler med högre frekvens än andra väckarmottagare. Signalerna är i frekvensen 9 gigahertz, som är inom området för satellitkommunikation, flygkontroll och fordonshastighetsdetektering. Genom att rikta in sig på en högre frekvens kunde forskare krympa allt, inklusive antennen, transformator och andra off-chip-komponenter i ett mycket mindre paket-minst 20 gånger mindre än tidigare arbete på nanowattnivå.

Denna väckarmottagare kan också göra något annat som andra nanowattdrivna mottagare inte kan:prestera bra över ett brett temperaturintervall. För denna mottagare, prestanda är konsekvent från -10 C upp till 40 C (14 F till 104 F). Vanligtvis, prestanda i väckarmottagare med låg effekt sjunker om temperaturen ändras med bara några grader. "För inomhusbruk, det här är ingen stor grej. Men för utomhusbruk, det måste fungera över ett brett temperaturfönster. Vi tog upp specifikt att i detta arbete, "Sa Mercier.

UC San Diego-teamet utvecklade nya kretsdesigner och systemnivåtekniker för att utrusta sin mottagare med alla dessa funktioner samtidigt som känsligheten ökas. Dessa möjliggjordes tack vare avancerad ultra-låg effektelektronik som utvecklats av Mercier och Hall labs, och avancerad antenn- och radioteknik som utvecklats av Rebeiz -labbet.

Enligt forskarna, denna mottagares kombination av energiförbrukning på nanowattnivå, liten förpackningsstorlek (4,55 kvadratcentimeter i area), känslighet (-69,5 dBm) och temperaturprestanda är det bästa som har publicerats hittills.

"Dessa siffror är ganska imponerande när det gäller trådlös kommunikation - så låg energiförbrukning, samtidigt som temperaturen bibehålls, allt i ett litet, mycket känsligt system - detta möjliggör alla möjliga nya IoT -applikationer, "Sa Mercier.

Det finns en liten avvägning i latens. Det finns en fördröjning på 540 millisekunder mellan när mottagaren upptäcker väckningssignaturen och när den väcker enheten. Men för de avsedda tillämpningarna, forskare noterar att denna fördröjning inte är ett problem.

"Du behöver inte hög genomströmning, högbandbreddskommunikation när du skickar kommandon till ditt smarta hem eller bärbara enheter, till exempel, så bytet med att vänta på bara en halv sekund för att få 100, 000x effektförbättring är värt det, "Sa Mercier.