Parempia langattomia anturitekniikoita

Herättämällä langaton laite vain tarvittaessa, kuvan herätevastaanotin voi vähentää kohteen virrankulutusta ja pidentää akun käyttöaikaa. Photo credit: David Baillot/UC San Diego Jacobs School of Engineering

(15.11.2019) Kalifornian San Diegon yliopiston insinöörien kehittämä uusi herätevastaanotin (WuFX) voisi merkittävästi vähentää tai poistaa tarpeen vaihtaa paristoja esineiden Internet (IoT) -laitteisiin. Se herättää kohdelaitteen vain kun sen halutaan kommunikoivan tai tekevän jotain.

Nykyisin nämä järjestelmät reagoivat säännöllisin välein vaikka kommunikoinnille ei olisi tarvetta.

”Tämä kuluttaa paljon virtaa”, kertoo UC San Diegon professori Patrick Mercier. "Lisäämällä järjestelmään herättävän vastaanottimen, voisimme parantaa pienten Internet-laitteiden akun kestoa kuukausista vuosiin."

Tärkeä osa uuden vastaanottimen suunnittelua perustuu yhdeksän gigahertsin taajuuksiin. Perinteisiä ratkaisuja korkeammat taajuudet antoivat mahdollisuuden pienentää kaikkia osakomponentteja, mikä tuotti ainakin 20 kertaa pienemmän ratkaisun kuin aiemmat nanowattitason kokeilut.

Tämä herätevastaanotin voi myös toimia hyvin laajalla lämpötila-alueella välillä -10 °C - 40 °C. Tyypillisesti suorituskyky pienitehoisissa herätevastaanottimissa laskee, jos lämpötila muuttuu vain muutamalla asteella. Piirin tehonkulutus on 22,3 nanowattia mutta ilman lämpötilakompensoinnin piirejä se on 7,3 nanowattia.

Tutkijoiden WuRX toteutettiin 65- (RF) ja 180 nanometrin (BB) CMOS:lla ja se saavuttaa -69. 5- ja -64 –dBm herkkyydet antennilla tai ilman. Piirin pinta-ala on supistettu 4,55 neliösenttimetriin.

Toisaalta ilman teholähdettä toimivia radiotaajuisesti luettavia antureita käytetään esimerkiksi ihmiskehon elintärkeiden fysiologisten tekijöiden seuraamiseen.

Kuitenkin tällaiset passiiviset mikrotunnistimet kärsivät huonoista datan laadusta ja herkkyydestä, mikä johtuu niiden toimintaympäristöistä ja kokovaatimuksista.

Tämän alan uusimmat tutkimusratkaisut hakeutuvatkin edistyksiin kvanttimekaniikan ja optiikan alalla. Tutkijat ovat osoittaneet, että järjestelmät, jotka ovat symmetrisiä tilan ja ajan inversion alla tai pariteetti-aika (PT) -symmetrisiä, voivat tarjota merkittäviä etuja alalle. Erityisesti yleisempi symmetriamuoto - PTX-symmetria soveltuu hyvän herkkyyden ylläpitämiseen ja vähentää samalla huomattavasti anturipiirin jalanjälkeä.

(Tarkemmin: Nature Electronics, "Generalized parity–time symmetry condition for enhanced sensor telemetry" ja Nature Electronics, "Exceptional points enhance wireless readout").

Alan uusimmassa tutkimuksessa University of Illinois at Chicagon johdolla tutkijat paneutuivat aiheeseen vielä syvällisemmin ja pystyivät osoittamaan ilmiön uuden piirteen tuottavan telemetrisen anturijärjestelmän, jonka resoluutio ja herkkyys olivat huomattavasti paremmat perinteisiin järjestelmiin verrattuna.

Aiheesta aiemmin:

Tehokkaampaa energian keruuta IoT-antureille

Ultraääni lataa ja herättää radioita


Aiemmat uutiset

Uudenlaisia fotonisia nestekiteitä (13.11.2019)
Lähikuva millimetrien kokoisesta sinivaiheisesta nestekiteestä sen muodostumisvaiheessa. Uusi tekniikka nestekiteiden rakenteen muuttamiseksi voi johtaa seuraavan..

Onnistumisia orgaanisissa (12.11.2019)
Orgaanisia laajamittaisia integroituja piirejä, LSI, voidaan käyttää esimerkiksi sähkökromaattisen näytön virran tuottamiseen, jotka myös on valmistettu printattuna..

Kohti älykkäitä mikrorobotteja (11.11.2019)
Kuvassa on lintujen kaltainen rakenne nanomagneetteineen. Magneetteja voidaan magnetoida eri suuntiin väripalkkien suuntaisesti. Magnetointia ohjelmoimalla tutkijat..