低功耗1.4 毫米测距精度的新型UWB芯片介绍

在本周的 VLSI 技术研讨会上，世界领先的纳米电子和数字技术研究与创新中心 imec 展示了符合 IEEE 802.15.4z 标准的开创性脉冲无线电 (IR) 超宽带 ( UWB）收发器用于高精度测距。imec 的收发器芯片以具有成本效益的硅实施为基础，实现了 1.4 毫米的测距精度，并具有创纪录的低功耗。因此，它为各种创新（汽车）应用铺平了道路。一个用例包括创建用于车内（儿童）存在检测和驾驶员监控的 UWB 片上雷达系统。

IR-UWB 技术是多种汽车、智能工业、智能家居和物联网用例的推动者——这要归功于其测距和定位功能。它能够以厘米级精度定位仓库、医院和工厂中的资产，并帮助人们在机场和购物中心等广阔空间中穿行。IR-UWB 的主要区别之一是它在测距精度方面大大优于窄带技术（如蓝牙）。不利的一面是，它使用更复杂、更昂贵的电路，并且通常表现出更高的功耗。

Imec 的 UWB 收发器芯片结合了最佳测距精度和最低功耗

“通过推出我们的 UWB 收发器芯片，imec 克服了 UWB 广泛采用的另一个障碍。该收发器基于具有成本效益的硅布局，在最先进的 IEEE 802.15.4z 无线电中以最低的功耗实现了最佳的测距精度，”imec 无线传感项目总监 Christian Bachmann表示。

imec 的 6 至 9GHz IEEE 802.15.4z 兼容 IR-UWB 3Rx-1Tx 收发器采用 28nm CMOS 技术制造，占据 1.33mm 的硅面积，测距精度低至 1.4mm。虽然这比竞争方法好几个数量级，但它不会以更大的功率预算为代价——因为收发器芯片在连续 Tx/Rx 模式下仅消耗 8.7mW/21mW。它还以足够的余量满足 UWB 严格的国际频谱发射法规。

该芯片创纪录的低功耗源于高度优化、低功耗和抗干扰的 Rx 架构，以及创新的数字极化发射器架构。分布式两级全数字 PLL 可进一步降低芯片的功耗，并有助于缩短定位测量时间。为了提高其测距性能（同时遵守频谱法规），该系统使用基于模拟有限脉冲响应 (FIR) 的 Tx 预加重方法来实现更先进、更灵活的脉冲整形。

为超宽带片上雷达系统奠定基础

Christian Bachmann：“Imec 以其在 UWB 技术领域的开创性研究而闻名。最近的成就包括在 2021 年为 IEEE 802.15.4z 标准开发了世界上第一个低于 5mW 的 UWB 发射器芯片，以及推出能够支持高达 1.66Gb/s 数据速率的 UWB 无线电（对于高数据速率、低-电源应用）在 2022 年。”

“然而，展望未来，行业需要能够支持多种用例的高性能、低功耗 UWB 收发器。这就是我们今天要介绍的内容。我们相信这款芯片最终可以支持全新一代 UWB 用例，结合 UWB 测距、通信和雷达功能。这项技术可以进入汽车应用，例如车内存在检测和驾驶员监控——这两者的成败取决于底层技术的测量精度和能效，”他补充道。

为了促进其技术突破的商业化，imec 与广泛的工业合作伙伴合作开展研究。UWB 领域的合作伙伴之一是 CEVA，它是无线连接和智能传感技术的领先许可方。

“CEVA 完全认可 imec 的信念，即 UWB 在各种应用中的巨大潜力，包括要求苛刻的汽车应用，例如用于儿童存在检测的车内雷达。在 UWB 领域与 imec 合作使我们能够提供完整的解决方案，以加快我们共同客户的上市时间，在互联设备和智能行业时代引领潮流，”CEVA 的无线物联网 BU副总裁兼总经理 Tal Shalev 补充说 。“CEVA 的 UWB 802.15.4z 调制解调器加上 CCC/FiRa MAC 具有低功耗、低延迟和高精度测距架构，可完美补充 imec 的新型 UWB 收发器”。

编辑：黄飞