Toshiba développe un VCO à puissance extrêmement faible 2,4 GHz utilisant une technique de contrôle de tension d’alimentation dynamique

Toshiba Corporation (TOKYO : 6502) a annoncé aujourd’hui le développement d’un VCO (oscillateur contrôlé en tension) à puissance extrêmement faible 2,4 GHz pour les systèmes sans fil à faible puissance comme le Bluetooth® Low Energy (BLE). Le fonctionnement à basse tension inférieure à la tension de seuil du transistor est obtenu en combinant les caractéristiques d’un VCO de classe D et la technique de contrôle dynamique de la tension d’alimentation. La consommation d’énergie du VCO est réduite d’un cinquième à un dixième par rapport à la norme. Toshiba a présenté le VCO lors de l’ESSCIRC (European Solid-State Circuits Conference) qui s'est tenue à Venise, en Italie, le 24 septembre 2014.

Récemment, les applications de communication sans fil ont été élargies pour inclure le sport, le fitness, les soins de santé, les montres et plus encore. Comme ces applications demandent souvent un fonctionnement longue durée de vie des batteries de faible capacité, comme une pile-bouton ou un capteur d’énergie, il leur faut un CI de très faible puissance sans fil. Cela a stimulé la recherche pour concevoir des CI de faible puissance sans fil ainsi que des blocs fonctionnels individuels.

Pour les blocs fonctionnels, la réduction de la consommation d’énergie du VCO est particulièrement difficile, car un niveau sonore supérieur dépend de la forte consommation d’énergie. Il y a eu beaucoup de recherches pour trouver des techniques de VCO à faible bruit et faible consommation d’énergie, principalement axées sur la réduction de la consommation de courant. Cependant, pour une consommation extrêmement faible, la réduction du domaine de puissance est nécessaire.

Toshiba a appliqué un VCO de classe D développé avec une technologie CMOS avancée, utilisant les transistors comme des interrupteurs (et non comme des transconducteurs, comme les VCO conventionnels). Si un VCO de classe D peut atteindre des performances de bruit supérieures avec une basse tension d’alimentation, la tension d’alimentation doit également être aussi faible que possible pour une très faible puissance.

Un VCO de très faible puissance a été développé avec une technique de contrôle de la tension d’alimentation dynamique utilisant un circuit Low-Drop Out (LDO) comme contrôleur dynamique de la tension d’alimentation. Au démarrage du VCO, la tension d’alimentation est soutenue pour assurer un démarrage rapide et fiable. Pendant l’état stationnaire suivant le démarrage, la tension d’alimentation est contrôlée en dessous de la tension de seuil, ce qui maintient l’oscillation égale de la tension d’alimentation inférieure à la tension de seuil du transistor, dans la mesure où la caractéristique d’un VCO de classe D est une amplitude d’oscillation environ trois fois plus élevée que la tension d’alimentation. Le fonctionnement avec une tension extrêmement basse a pour conséquence la faible consommation d’énergie du VCO.

La puce d’essai est fabriquée avec une technologie CMOS 28 nm à tension de seuil élevée. Tandis que la tension de seuil élevée peut réduire le courant de fuite en mode veille, elle augmente la consommation d’énergie dans un système classique de VCO de classe D, parce qu’une tension d’alimentation plus élevée est requise. Cependant, étant donné que le VCO proposé peut osciller à une tension inférieure à la tension de seuil, une oscillation de faible puissance peut être disponible même avec une tension de seuil élevée. On peut ainsi obtenir une consommation d’énergie extrêmement faible de seulement 171 uW, ainsi que les performances de bruit blanc de phase requises pour les systèmes sans fil de faible puissance.

Le contrôle de la tension d’alimentation dynamique peut apporter un compromis entre le courant de fuite en mode veille et la consommation de puissance active en mode actif. En outre, un système sans fil plus efficace peut être mis à disposition si ce VCO basse tension est utilisé avec des sources d’énergie comme un convertisseur AC/AC et un capteur d’énergie

Ce VCO peut fonctionner avec une très faible consommation d’énergie grâce à la technologie CMOS avancée. Par la suite, Toshiba va faire progresser la réduction de la puissance pour les systèmes globaux sans fil ainsi que les blocs fonctionnels VCO, dans le but d’obtenir un CI de puissance extrêmement faible dans les trois prochaines années.

*Bluetooth est une marque déposée appartenant à Bluetooth SIG, Inc. et est utilisée sous licence par Toshiba.

À propos de Toshiba

Toshiba Corporation, une société du Fortune 500, canalise dans cinq domaines d’affaires stratégiques ses capacités de niveau mondial en produits et systèmes électroniques et électriques de pointe : Énergie et infrastructure, solutions à l’intention de la collectivité, systèmes et services de soins de santé, appareils et composants électroniques, et enfin produits et services « mode de vie ». Guidée par les principes de l’engagement de base du groupe Toshiba, « Engagés envers la population, engagés envers l’avenir », Toshiba promeut des opérations mondiales visant à assurer « La croissance à travers la créativité et l’innovation » et contribue à la création d’un monde où les gens, en tout lieu, vivent dans une société sûre, sécurisée et confortable.

Fondée à Tokyo en 1875, Toshiba se situe aujourd’hui au cœur d’un réseau mondial de plus de 590 sociétés consolidées, employant plus de 200 000 personnes à travers le monde, avec des ventes annuelles dépassant les 6,5 billions de yens (63 milliards USD).
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