东芝推出接收和发射电流分别为32mA和35mA的低功耗蓝牙SoC

  ),相比于当前应用于小型纽扣电池驱动的IOT设备的产品2而言,它的电流消耗下降了50%。通过采用适合低功率操作的结构配置和模拟电路设计,实现了3.2mA的接收电流和3.5mA的发射电流3,从而大幅延长了电池寿命。也集成了RF(射频)4匹配网络,从而减少了外部组件的数量,这有助于缩小物联网设备的尺寸。我们在11月8日于日本富山举行的2016IEEE亚洲固态电路会议(A-SSCC)上介绍了这项技术。

  近来物联网的快速发展实现了比如智能手表和智能腕带等可穿戴式多功能物联网设备,它们可以收集和管理各种传感器信息。专为低功耗无线通信开发的低功耗蓝牙®产品已经被应用于许多物联网设备以减轻重量和延长电池寿命。通常,需要对电流消耗和无线电性能(接收器灵敏度和发射功率)进行某种权衡,因为传统的低功耗蓝牙®SoC无法同时满足这两个要求。为了在可穿戴物联网设备中使用各种类型的可用电池,支持低消费电流(范围为3-4mA)的低功耗蓝牙®SoC,就成为一个主要的市场需求了。虽然,通过集成外部器件于低功耗蓝牙®SoC中以缩小低功耗蓝牙®设备的尺寸,是一种有效的方法,但是由于存在失配损耗而将会出现一个问题,内置RF匹配网络的低功耗蓝牙®接收器灵敏度和发射器功率将有所减弱。

  东芝已引入了三种技术以降低低功耗蓝牙®SoC的电流消耗:(1)适用于低电流消耗的接收器结构配置;(2)一种高效的电源管理系统;和(3)低电流射频设计。

  ·(1)接收器结构中引入了一个本地合成器,该合成器采用的频率仅为传统接收器的一半,从而降低了本机振荡器的电流消耗。虽然这种结构由于具有复杂的频率配置,往往易于受到干扰信号的干扰,但是采用了可避免蜂窜信号折叠的频率规划,即可实现高的抗干扰性能。

  ·(2)为改进稳压器(LDO:低压降)5的功率损耗,我们从SOC上移除了LDO。因为考虑到DC-DC转换器上的开关噪音将导致性能下降,我们采用锁相环6来固定DC-DC转换器的开关频率,并防止因使用低功耗蓝牙®SoC而产生的带干扰。

  ·(3)采用低电流射频设计,所以TX和RX可共享单压控振荡器(VCO),VCO的频率调谐范围必须非常广,这就增加了电流消耗。将VCO分割用于TX和RX,可以缩小每个VCO所要求的频率调谐范围,于是实现了低电流消耗。另外,我们将开关放大器技术引入到功率放大器中以降低电流消耗。

  通过采用这些低电流技术,东芝的低功耗蓝牙®SoC降低了工作电流消耗,即接收电流为3.2mA,发射电流为3.5mA,同时也改进了无线电性能,即接收灵敏度为−93dBm,输出功率为0dBm。另外,通过65nmCMOS工艺将所有射频匹配网络集成于SoC中,外部组件数量从现有东芝产品所需要的19个下降为7个。


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