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2025-06-17 18:00:00
MITの研究者は、従来のワイヤレスレシーバーよりも特定のタイプの干渉に対して約30倍回復力がある5G互換性のあるスマートデバイス向けのコンパクトで低電力レシーバーを設計しています。
低コストのレシーバーは、環境センサー、スマートサーモスタット、またはヘルスウェアラブル、スマートカメラ、産業監視センサーなどの長時間継続的に実行する必要がある他のデバイスなどのバッテリー駆動のモノのインターネット（IoT）デバイスに最適です。
研究者のチップは、デバイスを妨害する可能性のある不要なワイヤレス信号から受信者のアンプの出力の両方を保護しながら、ミリワットの静的パワーを消費するパッシブフィルタリングメカニズムを使用します。
新しいアプローチの鍵は、小さなスイッチのネットワークによって接続されている、登録された積み上げコンデンサの新しい配置です。これらの最小スイッチは、IoTレシーバーで通常使用されているものよりもオン /オフするためにはるかに少ない電力が必要です。
受信機のコンデンサネットワークとアンプは、通常必要になるよりもはるかに小さなコンデンサを使用できるようにする増幅に現象を活用するように慎重に配置されています。
「このレシーバーは、IoTガジェットの機能を拡大するのに役立ちます。ヘルスモニターや産業センサーなどのスマートデバイスは、バッテリーの寿命が小さくなり、工場の床やスマートシティネットワークなどの混雑した無線環境でも信頼性が高くなります」 紙 レシーバーに。
彼は、MIT Electronics研究所（RLE）のポスドクであるMohammad Barzgari（RLE）が紙に参加しています。 EECS大学院生、Haibo Yang。そして、MITのEECSのX-Window Consortiumキャリア開発助教授であり、Microsystems Technology Laboratories and RLEのメンバーであるX-Window Consortiumキャリア開発助教授である上級著者Negar Reiskarimian。この研究は最近、IEEE無線周波数統合サーキットシンポジウムで発表されました。
新しい標準
レシーバーは、IoTデバイスとその環境の間の仲介者として機能します。その仕事は、ワイヤレス信号を検出して増幅し、干渉を除外し、処理のためにデジタルデータに変換することです。
従来、IoTレシーバーは固定周波数で動作し、単一の狭帯域フィルターを使用して干渉を抑制します。これはシンプルで安価です。
しかし、5Gモバイルネットワークの新しい技術仕様により、より手頃でエネルギー効率の高い縮小能力デバイスを可能にします。これにより、データ速度が高速になり、5Gのネットワーク機能が向上するために、さまざまなIoTアプリケーションが開きます。これらの次世代のIoTデバイスには、費用対効果が高く、低電力でありながら、広範囲の周波数にわたってチューニングできるレシーバーが必要です。
「これは非常に挑戦的です。今では、受信機の電力とコストについて考えるだけでなく、環境に存在する多数の干渉者に対処する柔軟性も必要です」とアラエイは言います。
IoTデバイスのサイズ、コスト、消費電力を削減するために、エンジニアは、広い周波数範囲で動作するデバイスで通常使用されるかさばるオフチップフィルターに依存することはできません。
解決策の1つは、不要な信号を除外できるオンチップコンデンサのネットワークを使用することです。しかし、これらのコンデンサネットワークは、高調波干渉として知られる特別なタイプの信号ノイズを起こしやすいです。
で 以前の仕事、MIT研究者は、レシーバーチェーンでできるだけ早くこれらの高調波信号を標的とする新しいスイッチキャパシタネットワークを開発し、それらが増幅されて処理のためにデジタルビットに変換される前に不要な信号を除外しました。
回路の縮小
ここで、彼らは、斬新なスイッチキャパシタネットワークをマイナスゲインのアンプのフィードバックパスとして使用して、そのアプローチを拡張しました。この構成は、小さなコンデンサがはるかに大きなコンデンサのように振る舞うことを可能にするMiller効果を活用します。
「このトリックにより、身体的に大きなコンポーネントを持たない狭帯域IoTのフィルタリング要件を満たすことができます。これは、回路のサイズを大幅に縮小します」とアラエイは言います。
彼らのレシーバーには、0.05平方ミリメートル未満のアクティブ面積があります。
研究者が克服しなければならなかった課題の1つは、チップの全体的な電源をわずか0.6ボルトに維持しながら、スイッチを駆動するのに十分な電圧を適用する方法を決定することでした。
干渉信号の存在下では、特にスイッチングに必要な電圧が非常に低い場合、このような小さなスイッチはエラーをオン /オフにすることができます。
これに対処するために、研究者はBootstrap Crockingと呼ばれる特別な回路技術を使用して、新しいソリューションを思いつきました。この方法は、従来のクロックブースト方法よりも少ない電力とコンポーネントが少なくなりながら、スイッチが確実に動作するように、制御電圧を十分に高めます。
まとめると、これらの革新により、新しいレシーバーは、従来のIoTレシーバーの約30倍の高調波干渉をブロックしながら、1ミリワット未満の電力を消費できます。
「私たちのチップは、電波を汚染していないという点でも非常に静かです。これは、スイッチが非常に少ないという事実から来ているため、アンテナから漏れる可能性のある信号の量も非常に少ない」とアラエイは付け加えます。
レシーバーは従来のデバイスよりも小さいため、より複雑な電子機器の代わりにスイッチやプリチェルドコンデンサに依存しているため、製造がより費用対効果が高い可能性があります。さらに、受信機の設計は広範囲の信号周波数をカバーできるため、さまざまな現在および将来のIoTデバイスに実装できます。
彼らがこのプロトタイプを開発したので、研究者は、おそらく環境からWi-FiまたはBluetooth信号を収穫してチップに電力を供給することにより、専用の電源なしで受信機を動作させることを望んでいます。
この研究は、一部、国立科学財団によってサポートされています。
#このコンパクトで低電力レシーバーは5Gスマートデバイスを後押しする可能性があります #MITニュース