Under den nyligen avslutade konferensen ISSCC 2022 avslöjade Renesas att företaget utvecklar nya Bluetooth LE RF-sändtagarteknologier som ska förenkla kortdesign, minska upptagen kretskortsyta och minska effektförbrukningen.
Renesas Electronics utvecklar nu två 2,4 GHz RF-sändtagarteknologier som stöder Bluetooth Low Energy (LE) och närfältkommunikation. De nya teknologierna ger också en mindre monteringsyta och bättre energieffektivitet. Renesas presenterade dessa teknologier på International Solid-State Circuits Conference 2022 (ISSCC 2022), som hölls mellan den 20 och 24 februari i San Francisco.
Förutom att vara kompakta, billiga och strömsnåla måste IoT-enheter ge flexibelt stöd för Bluetooth LE oavsett implementeringsformat. Renesas har utvecklat två nya teknologier för att möta dessa krav:
1) en matchande kretsteknologi som täcker ett brett impedansområde och gör att IC:n kan matcha en mängd olika antenn- och kortimpedanser utan en extern impedansmatchande krets.
2) en signalkorrigeringsteknik för lokalt genererade referenssignaler som använder en liten krets för att självkorrigera inkonsekvenser i kretselementen och variationer i omgivande förhållanden utan kalibrering.
Renesas säger sig verifierat effektiviteten av dessa teknologier med en Bluetooth LE RF transceiver-kretsprototyp byggd i en 22 nm CMOS-process. Med dessa nya teknologier minskade Renesas upptagen kretskortsyta till 0,84 mm2, världens enligt Renesas minsta för en enhet av denna typ. Detta uppnåddes genom att modifiera mottagarens arkitektur för att minska antalet induktorer och göra förbättringar som en lågströms basbandsförstärkare med liten monteringsyta och en mycket effektiv klass-D-förstärksre. Effektförbrukningen anges till 3,6 mW och 4,1 mW under mottagning respektive sändning.
Renesas anger dessa fördelarna med de nya RF-transceiverteknologierna:
1. Matchande kretsteknologi som täcker ett brett impedansområde ((On-chip Antenna Impedance Tuner, AIT).
Den integrerade impedansmatchande kretsteknologin som presenterades av Renesas vid ISSCC 2015 möjliggjorde kompakta och billiga Bluetooth LE-produkter som inte krävde några externa induktorer eller kondensatorer för att växla mellan mottagning och sängning eller impedansmatchning. Men beroende på typen av antenn eller kortdesign, nåddes dock inte impedansen nödvändigtvis 50 Ω och en extern matchningskrets behövdes fortfarande. Dessutom, när man använder den tidigare tekniken och lägger till en matchande krets med impedansförändrande funktionalitet, kan problem som involverar ökad signalförlust och oförmåga att uppnå ett tillräckligt variationsområde då fortfarande uppstå.
För att ta itu med dessa problem har Renesas utvecklat en ny kretsteknologi för matchande variabel impedans som består av två induktorer och fyra variabla kondensatorer. Sändarsidans induktor och mottagarsidans induktor, som används i matchningskretsen är konfigurerade i ett koncentriskt arrangemang, och deras ömsesidiga induktion används för att minska signalförlusten och skära ned på den effektiva parasitiska kapacitansen. Det här både utökar det variabla impedansområdet och krymper avsevärt kretsarean. Ett spänningsförhållande för stående vågor (voltage standing wave ratio, VSWR), som indikerar impedansmismatch, motsvarande maximalt 6,8 och ett variabelt impedansintervall på cirka 25 till 300 Ω har enligt Renesas nu bekräftats.
2. En referenssignals självkorrigerande kretsteknologi eliminerar behovet av kalibreringskrets (Self-IQ-Phase Correction, SIQC)
En referenssignal (lokalt genererad signal) med ungefär samma frekvens som den för de trådlösa radiosignalerna som tas emot via antennen genereras internt av RF-sändtagaren. Signalen används för att konvertera trådlösa gigahertz-bandsignaler till lågfrekventa basbandssignaler. Referenssignalens noggrannhet kan försämras av faktorer som inkonsekvenser i kretselementen eller variationer i temperaturen eller matningsspänningen. Tidigare användes kompensationstekniken för fas- och amplitudavvikelser med en kalibreringskrets för att exakt generera referenssignalen. Detta ledde emellertid till problem, eftersom integrationen av en sådan kalibreringskrets krävde en större chiparea, högre strömförbrukning och ökad testkostnad.
Renesas har nu löst dessa problem genom att utveckla en ny kretsteknik för själv-IQ-faskorrigering som använder referenssignaler från fyra olika faser för att korrigera varandra genom att tillåta fasskillnaderna att eliminera varandra. Denna självkorrigeringskrets är mycket mindre och kan implementeras till ungefär en tolftedel av storleken på en konventionell kalibreringskrets. Bildsignalens avvisningsförhållande (image signal rejection ratio), avgörande för mottagningsprestanda, är i genomsnitt 39 dB, vilket uppfyller Bluetooth-standarden med en marginal.
Dessa teknologier är förutom Bluetooth LE tillämpliga på olika typer av RF-sändtagare och Renesas arbetar för närvarande med praktiska tillämpningar för dessa teknologier.
