Ny chip bringer ultra-lav strøm Wi-Fi-forbindelse til IoT-enheder

Mere bærbar, fuldt trådløse smart home-opsætninger. Mindre strøm wearables. Batteriløse smartenheder. Disse kunne alle gøres mulige takket være en ny ultra-laveffekt Wi-Fi-radio udviklet af elektriske ingeniører ved University of California San Diego.

Enheden, som er anbragt i en chip mindre end et riskorn, gør det muligt for Internet of Things (IoT)-enheder at kommunikere med eksisterende Wi-Fi-netværk ved hjælp af 5, 000 gange mindre strøm end nutidens Wi-Fi-radioer. Den bruger kun 28 mikrowatt strøm. Og det gør den, mens den transmitterer data med en hastighed på 2 megabit per sekund (en forbindelse, der er hurtig nok til at streame musik og de fleste YouTube-videoer) over en rækkevidde på op til 21 meter.

Holdet vil præsentere deres arbejde på ISSCC 2020-konferencen den 16. til 20. februar i San Francisco.

"Du kan tilslutte din telefon, dine smarte enheder, selv små kameraer eller forskellige sensorer til denne chip, og den kan sende data direkte fra disse enheder til et Wi-Fi-adgangspunkt i nærheden af ​​dig. Du behøver ikke købe andet. Og det kunne holde i årevis på et enkelt møntcellebatteri, " sagde Dinesh Bharadia, en professor i elektro- og computerteknik ved UC San Diego Jacobs School of Engineering.

Kommercielle Wi-Fi-radioer bruger typisk hundredvis af milliwatt for at forbinde IoT-enheder med Wi-Fi-transceivere. Som resultat, Wi-Fi-kompatible enheder har brug for enten store batterier, hyppig genopladning eller andre eksterne strømkilder til at køre.

"Denne Wi-Fi-radio har lav nok strøm til, at vi nu kan begynde at tænke på nye applikationsrum, hvor du ikke længere behøver at slutte IoT-enheder til væggen. Dette kan frigive mindre, fuldt trådløse IoT-opsætninger, " sagde UC San Diego el- og computeringeniørprofessor Patrick Mercier, som ledte arbejdet sammen med Bharadia.

Tænk på en bærbar Google Home-enhed, som du kan tage med rundt i huset, og som kan holde i årevis i stedet for kun timer, når den er afbrudt.

"Det kan også give dig mulighed for at forbinde enheder, der ikke er tilsluttet i øjeblikket - ting, der ikke kan opfylde strømkravene fra nuværende Wi-Fi-radioer, som en røgalarm – og ikke have en stor byrde på batteriudskiftning, " sagde Mercier.

Wi-Fi-radioen kører på ekstremt lav strøm ved at transmittere data via en teknik kaldet backscattering. Det tager indgående Wi-Fi-signaler fra en enhed i nærheden (som en smartphone) eller Wi-Fi-adgangspunkt, ændrer signalerne og koder sine egne data ind på dem, og reflekterer derefter de nye signaler på en anden Wi-Fi-kanal til en anden enhed eller adgangspunkt.

Dette arbejde bygger på laveffekt Wi-Fi-radioteknologi, som Bharadia var med til at udvikle som ph.d. studerende på Stanford. I dette projekt, han slog sig sammen med Mercier for at udvikle en Wi-Fi-radio med endnu lavere effekt. De opnåede dette ved at indbygge en komponent kaldet en opvågningsmodtager. Dette "vækker" kun Wi-Fi-radioen, når den skal kommunikere med Wi-Fi-signaler, så den kan forblive i energibesparende dvaletilstand resten af ​​tiden, hvor den kun bruger 3 mikrowatt strøm.

UC San Diego-teamets forbedringer af teknologien har også et tilpasset integreret kredsløb til tilbagespredning af data, hvilket gør hele systemet mindre og mere effektivt, og dermed gør det muligt for deres Wi-Fi-radio at fungere over længere kommunikationsrækkevidde (21 meter). Dette er en praktisk afstand til at arbejde i et smart hjemmemiljø, sagde forskerne.

"Her, vi demonstrerer det første pragmatiske chipdesign, der faktisk kan implementeres i en lille, laveffekt enhed, " sagde Mercier.

Artiklen har titlen "Et 28µW IoT-tag, der kan kommunikere med Commodity WiFi-transceivere via en enkeltsidebåndet QPSK-backscatter-kommunikationsteknik."