Wireless Communication for Ultra Portable Devices
- Reference number
- RE07-0033
- Start and end dates
- 080731-140630
- Amount granted
- 22 400 000 SEK
- Administrative organization
- Lund University
- Research area
- Information, Communication and Systems Technology
Summary
The goal is to design an ultra compact and low power radio that can be used in devices like hearing aids, medical implants, and remote sensors. To fit these applications we target an active mode power consumption below 1mW, and a stand-by power of less than 1uW. The minimum size will be achieved by using state-of-the-art CMOS technology and integrating the complete radio, both radio frequency and baseband parts, on a single chip. To achieve low power consumption we seek circuit as well as system level solutions. For the analog circuits we plan to use the CMOS transistors in weak inversion to reduce the power. By co-designing the antenna and RF circuits we can increase antenna impedance, thereby further reducing power. Also the digital circuits will operate in weak inversion, that is, their supply voltage will be very low. Furthermore, we will use as few transistors as possible to reduce the leakage current. At system level we will among other things develop receiver wake-up algorithms compatible with low standby power consumption. The expected result of the project is a complete radio solution consisting of a CMOS chip and an antenna, that can be used in applications with extreme requirements on power consumption and size. The project will also help educate personnel in the areas of IC design and radio systems.
Popular science description
Målet är att ta fram en radio som är så extremt liten och strömsnål att den kan användas i hörapparater, pacemakers och andra medicinska implantat, till exempel för styrning av proteser. Om man har en hörapparat i varje öra kan de via radion kommunicera trådlöst och därigenom bättre återskapa riktningsupplevelsen i ljudet. Vid styrning av proteser kan radion kopplas till nerverna inne i kroppen och kommunicera med protesen som sitter utanpå. Både signaler ut för styrning och signaler in för känsel kommer då att kunna förmedlas. Det finns även en mängd andra applikationer för en liten strömsnål radio, till exempel i sensorer för intelligenta hus och i TV-spel och datorer. För att uppnå minimal storlek kommer vi att samla all elektroniken på ett enda chip, som dessutom görs med den allra modernaste, det vill säga minsta, tekniken. Målet är att göra chipet mindre än en kvadratmillimeter trots att det kommer att innehålla många funktioner, såväl högfrekvensdelar som analog till digital omvandlare och digitala styrkretsar. För att minska strömförbrukningen kommer vi att använda transistorerna på chipet i något som kallas svag inversion, det vill säga de är inte fullt påslagna. Därmed drar de inte heller full ström. Nackdelen är att transistorerna då inte blir lika snabba, men de minsta av dagens transistorer är oerhört snabba och även i svag inversion är snabbheten tillräcklig för den här typen av kretsar. Vi kommer även att sträva mot att minska antalet transistorer i den digitala delen så långt det är möjligt för att minska läckageströmmen. Målet är att få ner effektförbrukningen till under en milliwatt när radio är aktiv, det vill säga sänder eller tar emot. I viloläget strävar vi i stället mot mindre än en mikrowatt. För att möjliggöra det senare krävs speciella algoritmer för att hantera hur radion ska kunna väckas ur viloläget. För att få en komplett lösning kommer även antenner att konstrueras som är anpassade för att radiochippet ska få minsta strömförbrukning, samtidigt som antennen passar i biologiska tillämpningar.