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  • El nuevo chip para activar pequeños dispositivos inalámbricos podría prolongar la vida útil de la batería

    Solo activando un dispositivo inalámbrico cuando sea necesario, el receptor de activación (pila de chips a la izquierda del centavo) puede reducir el uso de energía y prolongar la vida útil de la batería. El sistema incluye una antena miniaturizada (placa dorada debajo del receptor). Crédito:David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering

    Un nuevo chip de ahorro de energía desarrollado por ingenieros de la Universidad de California en San Diego podría reducir significativamente o eliminar la necesidad de reemplazar las baterías en dispositivos y wearables de Internet de las cosas (IoT). El llamado receptor despertador despierta un dispositivo solo cuando necesita comunicarse y realizar su función. Permite que el dispositivo permanezca inactivo el resto del tiempo y reduce el uso de energía.

    La tecnología es útil para aplicaciones que no siempre necesitan transmitir datos, como los dispositivos de IoT que permiten a los consumidores pedir instantáneamente artículos para el hogar que están a punto de agotarse, o monitores de salud portátiles que toman lecturas varias veces al día.

    "El problema ahora es que estos dispositivos no saben exactamente cuándo sincronizarse con la red, por lo que periódicamente se despiertan para hacer esto incluso cuando no hay nada que comunicar. Esto acaba costando mucha energía, "dijo Patrick Mercier, profesor de ingeniería eléctrica e informática en UC San Diego. "Al agregar un receptor de despertador, podríamos mejorar la duración de la batería de los pequeños dispositivos de IoT de meses a años ".

    El equipo, dirigido por Mercier y los profesores de ingeniería eléctrica e informática de UC San Diego, Drew Hall y Gabriel Rebeiz, publicó su trabajo titulado, "A 22,3 nW, 4,55 cm 2 Receptor de reactivación resistente a la temperatura que alcanza una sensibilidad de -69,5 dBm a 9 GHz, " en el Revista IEEE de circuitos de estado sólido .

    El receptor de activación es un chip de potencia ultrabaja que busca continuamente una señal de radio específica, llamada firma de despertador, que le dice cuándo despertar el dispositivo principal. Solo necesita una cantidad muy pequeña de energía para permanecer encendida y hacer esto:22,3 nanovatios en este caso, aproximadamente la mitad de la millonésima parte de la energía que se necesita para hacer funcionar una luz nocturna LED.

    Una parte clave del diseño de este receptor es que apunta a señales de radio de frecuencia más alta que otros receptores de despertador. Las señales están en la frecuencia de 9 gigahercios, que está en el ámbito de las comunicaciones por satélite, control de tráfico aéreo y detección de velocidad de vehículos. Apuntar a una frecuencia más alta permitió a los investigadores reducir todo, incluida la antena, transformador y otros componentes fuera del chip en un paquete mucho más pequeño, al menos 20 veces más pequeño que el trabajo anterior a nivel de nanovatios.

    Un primer plano del despertador, compuesto por una pequeña pila de fichas. Crédito:David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering

    Este receptor de activación también puede hacer algo más que otros receptores alimentados por nanovatios no pueden:funcionar bien en un amplio rango de temperatura. Para este receptor, el rendimiento es constante desde -10 C hasta 40 C (14 F a 104 F). Típicamente, el rendimiento en los receptores de activación de baja potencia disminuye si la temperatura cambia aunque sea unos pocos grados. "Para uso en interiores, esto no es gran cosa. Pero para uso en exteriores, necesita trabajar en una amplia ventana de temperatura. Específicamente abordamos que en este trabajo, "Dijo Mercier.

    El equipo de UC San Diego desarrolló nuevos diseños de circuitos y técnicas a nivel de sistema para equipar su receptor con todas estas características mientras aumenta la sensibilidad. Esto fue posible gracias a la electrónica de ultra baja potencia desarrollada por los laboratorios Mercier y Hall, y tecnologías avanzadas de antena y radio desarrolladas por el laboratorio Rebeiz.

    Según los investigadores, la combinación de este receptor de consumo de energía a nivel de nanovatios, tamaño de paquete pequeño (4,55 centímetros cuadrados de área), La sensibilidad (-69,5 dBm) y la temperatura son las mejores que se han publicado hasta la fecha.

    "Estos números son bastante impresionantes en el campo de las comunicaciones inalámbricas:consumo de energía tan bajo, sin dejar de conservar la resistencia a la temperatura, todo en un pequeño, sistema altamente sensible:esto permitirá todo tipo de nuevas aplicaciones de IoT, "Dijo Mercier.

    Hay una pequeña compensación en la latencia. Hay un retraso de 540 milisegundos entre el momento en que el receptor detecta la firma de activación y el momento en que activa el dispositivo. Pero para las aplicaciones previstas, Los investigadores señalan que esta cantidad de retraso no es un problema.

    "No necesita un alto rendimiento, comunicación de alto ancho de banda al enviar comandos a su hogar inteligente o dispositivos portátiles, por ejemplo, por lo que la compensación de esperar solo medio segundo para obtener un 100, 000 veces la mejora en la potencia vale la pena, "Dijo Mercier.


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