東芝推出接收和發(fā)射電流分別為3.2mA和3.5mA的低功耗藍(lán)牙SoC

　　東芝已開發(fā)出了符合4.2版本的低功耗藍(lán)牙?1片上系統(tǒng)(SoC)，相比于當(dāng)前應(yīng)用于小型紐扣電池驅(qū)動(dòng)的IOT設(shè)備的產(chǎn)品2而言，它的電流消耗下降了50%。通過采用適合低功率操作的結(jié)構(gòu)配置和模擬電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了3.2mA的接收電流和3.5mA的發(fā)射電流3，從而大幅延長(zhǎng)了電池壽命。SoC也集成了RF(射頻)4匹配網(wǎng)絡(luò)，從而減少了外部組件的數(shù)量，這有助于縮小物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的尺寸。我們?cè)?1月8日于日本富山舉行的2016 IEEE亞洲固態(tài)電路會(huì)議(A-SSCC)上介紹了這項(xiàng)技術(shù)。

　　近來物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展實(shí)現(xiàn)了比如智能手表和智能腕帶等可穿戴式多功能物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，它們可以收集和管理各種傳感器信息。專為低功耗無線通信開發(fā)的低功耗藍(lán)牙?產(chǎn)品已經(jīng)被應(yīng)用于許多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備以減輕重量和延長(zhǎng)電池壽命。通常，需要對(duì)電流消耗和無線電性能(接收器靈敏度和發(fā)射功率)進(jìn)行某種權(quán)衡，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的低功耗藍(lán)牙? SoC無法同時(shí)滿足這兩個(gè)要求。為了在可穿戴物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中使用各種類型的可用電池，支持低消費(fèi)電流(范圍為3-4mA)的低功耗藍(lán)牙? SoC，就成為一個(gè)主要的市場(chǎng)需求了。雖然，通過集成外部器件于低功耗藍(lán)牙? SoC中以縮小低功耗藍(lán)牙?設(shè)備的尺寸，是一種有效的方法，但是由于存在失配損耗而將會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題，內(nèi)置RF匹配網(wǎng)絡(luò)的低功耗藍(lán)牙?接收器靈敏度和發(fā)射器功率將有所減弱。

　　東芝已引入了三種技術(shù)以降低低功耗藍(lán)牙? SoC的電流消耗：(1)適用于低電流消耗的接收器結(jié)構(gòu)配置;(2)一種高效的電源管理系統(tǒng);和(3)低電流射頻設(shè)計(jì)。

　　· (1)接收器結(jié)構(gòu)中引入了一個(gè)本地合成器，該合成器采用的頻率僅為傳統(tǒng)接收器的一半，從而降低了本機(jī)振蕩器的電流消耗。雖然這種結(jié)構(gòu)由于具有復(fù)雜的頻率配置，往往易于受到干擾信號(hào)的干擾，但是采用了可避免蜂竄信號(hào)折疊的頻率規(guī)劃，即可實(shí)現(xiàn)高的抗干擾性能。

　　· (2)為改進(jìn)穩(wěn)壓器(LDO：低壓降)5的功率損耗，我們從SOC上移除了LDO。因?yàn)榭紤]到DC-DC轉(zhuǎn)換器上的開關(guān)噪音將導(dǎo)致性能下降，我們采用鎖相環(huán)6來固定DC-DC轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率，并防止因使用低功耗藍(lán)牙? SoC而產(chǎn)生的帶干擾。

　　· (3)采用低電流射頻設(shè)計(jì)，所以TX和RX可共享單壓控振蕩器(VCO)，VCO的頻率調(diào)諧范圍必須非常廣，這就增加了電流消耗。將VCO分割用于TX和RX，可以縮小每個(gè)VCO所要求的頻率調(diào)諧范圍，于是實(shí)現(xiàn)了低電流消耗。另外，我們將開關(guān)放大器技術(shù)引入到功率放大器中以降低電流消耗。

　　通過采用這些低電流技術(shù)，東芝的低功耗藍(lán)牙? SoC降低了工作電流消耗，即接收電流為3.2mA，發(fā)射電流為3.5mA，同時(shí)也改進(jìn)了無線電性能，即接收靈敏度為?93dBm，輸出功率為0dBm。另外，通過65nm CMOS工藝將所有射頻匹配網(wǎng)絡(luò)集成于SoC中，外部組件數(shù)量從現(xiàn)有東芝產(chǎn)品所需要的19個(gè)下降為7個(gè)。

　　東芝將把這一新的電流消耗技術(shù)應(yīng)用于低功耗藍(lán)牙?產(chǎn)品中，并計(jì)劃于今年12月啟動(dòng)量產(chǎn)7。

　　[1]：藍(lán)牙?字標(biāo)和標(biāo)志是Bluetooth SIG公司所有的注冊(cè)商標(biāo)。

　　[2]：相比于東芝的“TC35667FTG”。

　　[3]：世界上最低的電流消耗，截止于2016年7月11日的東芝調(diào)查。

　　[4]：無線通信中使用的頻率。

　　[5]：一種穩(wěn)壓器，即使在輸入和輸出電壓之差很小的條件下，仍可以進(jìn)行工作。

　　[6]：電子電路，通過反饋控制來同步輸入和輸出信號(hào)的相和頻率。

　　[7]：工程樣品，已從2016年10月開始提供。