El chip receptor pequeño utiliza condensadores apilados para bloquear la intervención en dispositivos IoT 5G

Los investigadores del MIT han diseñado un receptor compacto de baja potencia para dispositivos inteligentes compatibles con 5G que son aproximadamente 30 veces más flexibles para un cierto tipo de intervención que algunos receptores inalámbricos tradicionales.

El receptor de bajo costo será ideal para dispositivos de Internet de las cosas (IoT) de batería (IoT), como sensores ambientales, termostatos inteligentes u otros dispositivos que requieren un largo funcionamiento, como Wareballs de salud, cámaras inteligentes o sensores de monitoreo industrial.

El chip de los investigadores utiliza un mecanismo de filtrado pasivo que consume menos de un Milvat de potencia estable, protegiendo tanto la entrada como la salida del amplificador del receptor de señales inalámbricas no deseadas que pueden atascar el dispositivo.

La clave del nuevo enfoque es un sistema novedoso de precardes, condensadores apilados, que están conectados por una red de pequeños interruptores. Por lo general, estos interruptores minúsculos generalmente se encienden y cierran mucha menos potencia que las personas utilizadas en el receptor IoT.

La red y el amplificador del condensador del receptor están cuidadosamente organizados para aprovechar un evento en amplificación que permite que el chip use condensadores muy pequeños, que generalmente serán necesarios.

"Este receptor puede ayudar a expandir las capacidades de los dispositivos IoT. Los dispositivos inteligentes, como el monitor de salud o los sensores industriales, pueden ser pequeños y pueden llevar una duración de la batería durante mucho tiempo. También serán más confiables en entornos de radio concurridos, como Factory Floor o Smart City Network, una red de ingeniería eléctrica e informática (CEECS) graduados y estudiantes de liderazgo.

Se ha unido al documento de Mohammad Barzgari, un postdock en el Laboratorio de Investigación del MIT de Electrónica (RLE); Hobo Yang, un estudiante graduado de las CEE; Y el escritor senior Negger Recycarimian, profesor asistente de desarrollo del consorcio X-Window en la CEE en MIT y miembros de Microsystems Technology Laboratories y RLE. La investigación se presentó recientemente IEEE Simposio de circuito integrado de radiofrecuencia.

Un nuevo estándar

Un receptor actúa como intermediario entre un dispositivo IoT y su entorno. Su tarea es detectar y aumentar una señal inalámbrica, filtrar cualquier intervención y luego convertirla en datos digitales para su procesamiento.

Tradicionalmente, los receptores IoT operan con frecuencias fijas y suprimen la interferencia utilizando un solo filtro de banda estrecha, que es simple y económica.

Pero las nuevas especificaciones técnicas de las redes móviles 5G permiten dispositivos de baja capacidad que son más económicos y eficientes en energía. Abre una gama de aplicaciones IoT para aumentar la velocidad rápida de datos y la capacidad de red 5G. Estos dispositivos IoT de próxima generación requieren receptores que aún pueden sintonizar una amplia gama de frecuencias durante la potencia rentable y de baja potencia.

"Esto es muy desafiante porque ahora necesitamos pensar no solo sobre el poder y el costo del receptor, sino también para abordar muchos interferidos en el medio ambiente", dice Arai.

Para reducir el tamaño, el costo y el consumo de energía del dispositivo IoT, los ingenieros no pueden confiar en filtros pesados ​​fuera del chip que generalmente se usan en dispositivos que funcionan en un amplio rango de frecuencia.

Una solución es usar una red de condensadores en chip que pueda filtrar señales no deseadas. Pero estas redes de condensadores sufren de un tipo especial de ruido de señal conocido como intervención armónica.

En el trabajo previo, los investigadores del MIT desarrollaron una nueva red de capacitación de interruptores que se dirige a estas señales armónicas lo antes posible en la serie receptor, antes de que se iluminen y filten los signos no deseados antes de convertirse en bits digitales para su procesamiento.

Encoger el circuito

Aquí, mejoró el enfoque utilizando una nueva red de capacitación de interruptor en un amplificador con ganancias negativas. Esta configuración aprovecha el efecto Miller, un evento que permite a los condensadores pequeños comportarse como personas muy grandes.

"Este truco nos permite cumplir con el requisito de filtrado para IoT de banda estrecha sin componentes físicamente grandes, lo que reduce significativamente el tamaño del circuito", dice Araei.

El área activa de su receptor es inferior a 0.05 milímetros cuadrados.

Un desafío que fue eliminar a los investigadores fue determinar cómo aplicar suficiente voltaje para ejecutar el interruptor mientras mantenía la fuente de alimentación general del chip a 0.6 voltios.

En presencia de señales de intervención, tales interruptores pequeños pueden encenderse y cerrar accidentalmente, especialmente si el voltaje requerido para la conmutación es extremadamente bajo.

Para abordar esto, los investigadores vinieron con una solución novedosa, utilizando una técnica de circuito especial llamada Bootstrap Rocking. Este método aumenta adecuadamente el voltaje de control para realizar el interruptor utilizando bajo potencia y componentes bajos en comparación con los métodos tradicionales de aumento de reloj.

Juntas, estas innovaciones permiten al nuevo receptor consumir menos que el milivat de la fortaleza al bloquear el nuevo receptor aproximadamente 30 veces más intervención armónica que el receptor IoT tradicional.

"Nuestro chip también está muy tranquilo, en términos de no contaminar las ondas aéreas. Proviene del hecho de que nuestros interruptores son muy pequeños, por lo que la cantidad de señal que se filtra de la antena también es muy pequeña", dice Arai.

Debido a que su receptor es más pequeño que los dispositivos convencionales y depende del interruptor y los condensadores practicados en lugar de la electrónica más compleja, puede ser más rentable de crear. Además, dado que el diseño del receptor puede cubrir una amplia gama de frecuencias de señal, se puede aplicar a una variedad de dispositivos IoT actuales y futuros.

Ahora que han desarrollado este prototipo, los investigadores quieren permitir que el receptor opere sin una fuente de alimentación dedicada, tal vez cosechando señales Wi-Fi o Bluetooth del entorno para dar electricidad al chip.

Esta historia ha sido restablecida por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), Un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, la innovación y la enseñanza.