低功耗1.4 毫米測(cè)距精度的新型UWB芯片介紹

在本周的 VLSI 技術(shù)研討會(huì)上，世界領(lǐng)先的納米電子和數(shù)字技術(shù)研究與創(chuàng)新中心 imec 展示了符合 IEEE 802.15.4z 標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)創(chuàng)性脈沖無(wú)線電 (IR) 超寬帶 ( UWB）收發(fā)器用于高精度測(cè)距。imec 的收發(fā)器芯片以具有成本效益的硅實(shí)施為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了 1.4 毫米的測(cè)距精度，并具有創(chuàng)紀(jì)錄的低功耗。因此，它為各種創(chuàng)新（汽車(chē)）應(yīng)用鋪平了道路。一個(gè)用例包括創(chuàng)建用于車(chē)內(nèi)（兒童）存在檢測(cè)和駕駛員監(jiān)控的 UWB 片上雷達(dá)系統(tǒng)。

IR-UWB 技術(shù)是多種汽車(chē)、智能工業(yè)、智能家居和物聯(lián)網(wǎng)用例的推動(dòng)者——這要?dú)w功于其測(cè)距和定位功能。它能夠以厘米級(jí)精度定位倉(cāng)庫(kù)、醫(yī)院和工廠中的資產(chǎn)，并幫助人們?cè)跈C(jī)場(chǎng)和購(gòu)物中心等廣闊空間中穿行。IR-UWB 的主要區(qū)別之一是它在測(cè)距精度方面大大優(yōu)于窄帶技術(shù)（如藍(lán)牙）。不利的一面是，它使用更復(fù)雜、更昂貴的電路，并且通常表現(xiàn)出更高的功耗。

Imec 的 UWB 收發(fā)器芯片結(jié)合了最佳測(cè)距精度和最低功耗

“通過(guò)推出我們的 UWB 收發(fā)器芯片，imec 克服了 UWB 廣泛采用的另一個(gè)障礙。該收發(fā)器基于具有成本效益的硅布局，在最先進(jìn)的 IEEE 802.15.4z 無(wú)線電中以最低的功耗實(shí)現(xiàn)了最佳的測(cè)距精度，”imec 無(wú)線傳感項(xiàng)目總監(jiān) Christian Bachmann表示。

imec 的 6 至 9GHz IEEE 802.15.4z 兼容 IR-UWB 3Rx-1Tx 收發(fā)器采用 28nm CMOS 技術(shù)制造，占據(jù) 1.33mm 的硅面積，測(cè)距精度低至 1.4mm。雖然這比競(jìng)爭(zhēng)方法好幾個(gè)數(shù)量級(jí)，但它不會(huì)以更大的功率預(yù)算為代價(jià)——因?yàn)槭瞻l(fā)器芯片在連續(xù) Tx/Rx 模式下僅消耗 8.7mW/21mW。它還以足夠的余量滿足 UWB 嚴(yán)格的國(guó)際頻譜發(fā)射法規(guī)。

該芯片創(chuàng)紀(jì)錄的低功耗源于高度優(yōu)化、低功耗和抗干擾的 Rx 架構(gòu)，以及創(chuàng)新的數(shù)字極化發(fā)射器架構(gòu)。分布式兩級(jí)全數(shù)字 PLL 可進(jìn)一步降低芯片的功耗，并有助于縮短定位測(cè)量時(shí)間。為了提高其測(cè)距性能（同時(shí)遵守頻譜法規(guī)），該系統(tǒng)使用基于模擬有限脈沖響應(yīng) (FIR) 的 Tx 預(yù)加重方法來(lái)實(shí)現(xiàn)更先進(jìn)、更靈活的脈沖整形。

為超寬帶片上雷達(dá)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)

Christian Bachmann：“Imec 以其在 UWB 技術(shù)領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng)性研究而聞名。最近的成就包括在 2021 年為 IEEE 802.15.4z 標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)了世界上第一個(gè)低于 5mW 的 UWB 發(fā)射器芯片，以及推出能夠支持高達(dá) 1.66Gb/s 數(shù)據(jù)速率的 UWB 無(wú)線電（對(duì)于高數(shù)據(jù)速率、低-電源應(yīng)用）在 2022 年?！?/p>

“然而，展望未來(lái)，行業(yè)需要能夠支持多種用例的高性能、低功耗 UWB 收發(fā)器。這就是我們今天要介紹的內(nèi)容。我們相信這款芯片最終可以支持全新一代 UWB 用例，結(jié)合 UWB 測(cè)距、通信和雷達(dá)功能。這項(xiàng)技術(shù)可以進(jìn)入汽車(chē)應(yīng)用，例如車(chē)內(nèi)存在檢測(cè)和駕駛員監(jiān)控——這兩者的成敗取決于底層技術(shù)的測(cè)量精度和能效，”他補(bǔ)充道。

為了促進(jìn)其技術(shù)突破的商業(yè)化，imec 與廣泛的工業(yè)合作伙伴合作開(kāi)展研究。UWB 領(lǐng)域的合作伙伴之一是 CEVA，它是無(wú)線連接和智能傳感技術(shù)的領(lǐng)先許可方。

“CEVA 完全認(rèn)可 imec 的信念，即 UWB 在各種應(yīng)用中的巨大潛力，包括要求苛刻的汽車(chē)應(yīng)用，例如用于兒童存在檢測(cè)的車(chē)內(nèi)雷達(dá)。在 UWB 領(lǐng)域與 imec 合作使我們能夠提供完整的解決方案，以加快我們共同客戶的上市時(shí)間，在互聯(lián)設(shè)備和智能行業(yè)時(shí)代引領(lǐng)潮流，”CEVA 的無(wú)線物聯(lián)網(wǎng) BU副總裁兼總經(jīng)理 Tal Shalev 補(bǔ)充說(shuō) ?！癈EVA 的 UWB 802.15.4z 調(diào)制解調(diào)器加上 CCC/FiRa MAC 具有低功耗、低延遲和高精度測(cè)距架構(gòu)，可完美補(bǔ)充 imec 的新型 UWB 收發(fā)器”。

編輯：黃飛

?