Imec entwickelt Ultra-Breitband-Senderchip, der Datenraten von bis zu 1,66 Gb/s mit einer Leistungsaufnahme im Milliwatt-Bereich ermöglicht

Der neue Impulsradio-Ultrabreitband-Senderchip von Imec ermöglicht Datenübertragungsraten von bis zu 1,66 Gb/s für In-Body- und Kurzstrecken-Anwendungen. / Imec’s new impulse-radio ultra-wideband transmitter chip accommodates data transfer rates up to 1.66Gb/s for in-body and short-range applications.

Auf der diese Woche stattfindenden International Solid-State Circuits Conference (ISSCC) stellt imec - ein weltweit führendes Forschungs- und Innovationszentrum für Nanoelektronik und digitale Technologien - einen neuen Impulsradio-Ultrabreitband (IR-UWB)-Senderchip vor, der die Zukunft der UWB-Technologie neu definieren könnte.

Der in 28nm CMOS gefertigte und nur 0,155mm² große IR-UWB-Chip von imec weist eine Leistungsaufnahme von weniger als 10 Milliwatt (mW) auf. Darüber hinaus hat er nachweislich Datenübertragungsraten von 1,66 Gb/s ermöglicht. Das ist das 50-fache der vom heutigen UWB-Standard unterstützten Geschwindigkeit. Die Leistung des Chips bestärkt die Forscher in ihrer Überzeugung, dass UWB durchaus in der Lage ist, über die typischen Anwendungsfälle der "genauen und sicheren Entfernungsmessung" hinauszugehen.

Heutzutage wird die Ultrabreitband-Kommunikationstechnologie häufig zur Unterstützung von Anwendungen wie dem sicheren schlüssellosen Zugriff in der Automobilindustrie und im Gastgewerbe, der Lokalisierung in Innenräumen und der Verfolgung von Vermögenswerten eingesetzt. Experten betonen jedoch schon seit einiger Zeit, dass das Potenzial von UWB weitaus größer ist.

"Basierend auf dieser festen Überzeugung treiben wir die Grenzen von UWB weiter voran", sagt Christian Bachmann, Programmdirektor für UWB am imec. "Das hat uns dazu veranlasst, zu untersuchen, ob die Technologie tatsächlich in der Lage ist, Anwendungen mit geringerem Stromverbrauch und höherer Bitrate zu unterstützen, was wiederum zur Entwicklung dieses brandneuen Ultrabreitband-Senderchips geführt hat."

Komplexe Modulationsverfahren helfen, das ungenutzte Potenzial von UWB auszuschöpfen

Der neue IR-UWB-Chip von Imec wurde in 28nm CMOS gefertigt und hat eine Oberfläche von nur 0,155mm². Er ermöglicht Datenübertragungsraten von bis zu 1,66 Gb/s für In-Body- und Short-Range-Anwendungen. Das ist mehr als 50 Mal schneller als mit dem aktuellen IEEE 802.15.4z-Standard möglich. Trotz der rekordverdächtig hohen Bitraten, die er unterstützt, hat der Sender eine Leistungsaufnahme von weniger als 10 Milliwatt (mW). Und seine Energieeffizienz von 5,8 picoJoule/bit ist gegenüber Wi-Fi eine Verbesserung um mindestens eine Größenordnung.

Um diese höheren Datenübertragungsraten zu erreichen, nutzt der Chip komplexere (und sogar kombinierte) Modulationsschemata, die auf dem Know-how von imec bei der Entwicklung volldigitaler Phasenregelkreise (ADPLLs) und digital gesteuerter Leistungsverstärker aufbauen. Um diese hybriden Impulsmodulationsverfahren bei möglichst geringem Platzbedarf zu ermöglichen, entwickelten die Forscher einen hoch energieeffizienten und jitterarmen Ringoszillator in Kombination mit einem stromsparenden Polarsender.

Von beeindruckenden AR/VR-Erlebnissen bis zur neurowissenschaftlichen Forschung

Diese vielversprechenden Ergebnisse beweisen, dass UWB tatsächlich in der Lage ist, eine breite Palette neuer Anwendungen zu unterstützen, die hohe Datenübertragungsraten bei kurzen Entfernungen mit einem sehr geringen Energieverbrauch und einem kleinen Formfaktor kombinieren.

"Ein passender Anwendungsfall ist die nächste Generation von Smart Glasses, die beeindruckende AR/VR-Erlebnisse ermöglichen", sagt Bachmann. "Und auch die neurowissenschaftliche Forschung könnte von diesen neuen Erkenntnissen profitieren, indem sie drahtlose Telemetriemodule mit hoher Bitrate und Miniaturisierung für intrakortikale Messzwecke betreibt. In jedem dieser Fälle könnte UWB zu einem starken Konkurrenten der Wi-Fi-Technologie werden, da letztere in der Regel einen viel größeren Platzbedarf und mehr Komplexität aufweist."

Nun sind weitere Forschungs- und Standardisierungsanstrengungen erforderlich, um diese Technologie zur Reife zu bringen und damit die Welt von ihren Vorteilen profitieren kann. Zu diesem Zweck begrüßt das imec Partner, die sich seinem UWB-F&E-Programm und seinem umfangreichen Partnernetzwerk anschließen möchten.