中国科学技术大学在低功耗抗干扰唤醒接收机领域取得研究进展

来源:中国科学技术大学 #最佳论文# #中国科学技术大学# #学研#
1703

近日,中国科学技术大学微电子学院左成杰教授课题组一篇射频集成电路(RFIC)设计论文入选2024年第九届集成电路与微系统国际会议(The 9th International Conference on Integrated Circuits and Microsystems, ICICM)。ICICM 2024于10月25日至27日在湖北武汉举办。该研究成果获得了ICICM 2024的最佳论文奖以及最佳报告奖。

随着物联网(IoT)技术的发展,对超低功耗(ULP)无线传感器网络(WSN)的需求逐渐增加。事件驱动型唤醒接收机(WuRX)是减少IoT设备待机功耗并延长其电池使用时间的最有效解决方案之一。WuRX是独立于主接收机的一个额外的辅助接收机,其功耗远远低于主接收机,因此可以一直处于开启状态代替主接收机监听信道,而主接收机则处于休眠状态。当WuRX接收到通信请求时,它会唤醒主接收机来进行信号传输。由于在没有事件触发的大部分时间,主接收机一直处于休眠状态,这能极大降低WSN节点的待机功耗。

当WSN节点的事件触发频率很低时,WuRX的功耗将会主导整个系统的整体功耗,所以WuRX的功耗需要尽可能地降低。功耗处于nW量级的WuRX是目前国际上的研究热点,然而由于功耗的限制,该类型低功耗WuRX多采用直接下变频(ED-1st)的射频架构来解调OOK调制的唤醒序列,这导致nW量级的WuRX抗干扰能力极差。

为了提升nW量级WuRX的抗干扰能力,该研究提出了一种双通道直接下变频的唤醒接收机架构(Dual-Channel ED-1st WuRX)。另外还提出了一种基于微机电系统(MEMS)谐振器的双通道匹配网络和一种特殊设计的双通道OOK调制唤醒序列,以配合基带电路实施双通道工作模式,这极大地提升了nW量级WuRX的抗干扰能力。

图1 论文提出的双通道直接下变频唤醒接收机的架构图

后仿真结果表明,对于250 bps OOK调制的干扰信号,该WuRX的最优带内信号干扰比(SIR)达到了-39.1 dB,在两个通道的中心频率frf1和frf2处的SIR分别为-11.5 dB和-30.6 dB,其最差的带内SIR都优于-6.4 dB,为目前nW量级WuRX中最优的;该WuRX的功耗为8.19 nW,灵敏度为-71.9 dBm,核心芯片面积仅为0.165 mm2,在已报道的研究中处于前列。该研究成果以“An 8.19 nW, -71.9 dBm Sensitivity, Interference-Robust Dual-Channel Wake-Up Receiver at 2.4 GHz”为题发表在ICICM 2024上,第一作者为我院硕士研究生邱茂洋,左成杰教授为论文的通讯作者。该成果获得了ICICM 2024的最佳论文奖以及最佳报告奖。

图2 论文提出的双通道直接下变频唤醒接收机的功耗和SIR后仿真结果

图3 该成果获得的ICICM 2024最佳论文奖杯和最佳报告奖状

该项研究工作得到了中国电子学会智芯科研专项、国家自然科学基金、国家重点研发计划、安徽省高校协同创新项目、中国科学技术大学原创探索类项目的资助,也得到了中国科大信息科学技术学院、中国科大微纳研究与制造中心、中国科大先进技术研究院、集成电路科学与技术安徽省重点实验室、中国科学院无线光电通信重点实验室的支持。

文章来源:中国科学技术大学

责编: 集小微
来源:中国科学技术大学 #最佳论文# #中国科学技术大学# #学研#
THE END
关闭
加载

PDF 加载中...