Kleinste en zuinigste Bluetooth-chip

10 april 2019, 12:17
De Bluetooth-zender (rechter chip) is verbonden met een magnetische monopool-antenne (geheel rechts) die deel van de resonator uitmaakt. Het linker deel van de print dient uitsluitend testdoeleinden (foto: University of Michigan).
De Bluetooth-zender (rechter chip) is verbonden met een magnetische monopool-antenne (geheel rechts) die deel van de resonator uitmaakt. Het linker deel van de print dient uitsluitend testdoeleinden (foto: University of Michigan).
Onderzoekers in de Verenigde Staten hebben een Bluetooth-chip gemaakt die bijzonder klein en zuinig is. Op een knoopbatterij houdt hij het 11 jaar (!) vol. Handig voor allerlei Internet of Things-applicaties.

Bluetooth is een draadloze korte-afstand-verbinding tussen apparaten. Veel apparaten hebben een Bluetooth-verbinding, maar de kleinste – bijvoorbeeld ‘slimme’ gloeilampen – kunnen geen Bluetooth hebben. Het kost te veel stroom en de chips zijn vaak te groot om in kleine apparaatjes ingepast te kunnen worden.

Antenne en oscillator in één

Onderzoekers van de University of Michigan hebben daar nu een oplossing voor gevonden. Ze verkleinden de chip door twee belangrijke onderdelen – de oscillator en de antenne – tot één onderdeel te combineren.

Een ‘normale’ zender heeft een afstembare RF-oscillator nodig om de gewenste frequentie te genereren, plus een vermogensversterker om de amplitude ervan te vergroten, en tenslotte een antenne om het signaal af te stralen. Het onderzoeksteam heeft de oscillator en de antenne zodanig gecombineerd dat de versterker niet meer nodig was. Deze uitvinding is ‘power oscillator’ gedoopt.

Resonator

Het hart van een oscillator wordt gevormd door een resonatiekring: een spoel en een condensator. De energie beweegt zich heen en weer tussen het magnetische veld van de spoel en het elektrische veld van de condensator bij een resonantiefrequentie die wordt bepaald door de capaciteit en zelfinductie. In de nieuwe schakeling gebruikten de onderzoekers de antenne zelf als de spoel in de resonantiekring. Omdat de antenne nu als spoel functioneert, straalt hij dankzij een variërend magnetisch veld af en niet dankzij een elektrisch veld; dat betekent dat de antenne kleiner kan zijn.

Antenne

De antenne heeft nu nog slechts een lengte van 1,4 cm en functioneert bovendien beter. De antenne is bovendien cirkelvormig zodat hij nog minder ruimte in neemt. Hierdoor wordt de chip niet alleen kleiner maar ook zuiniger: tijdens zenden is het verbruik slechts 0,6 mW. Daarbij gaat het om Bluetooth Low Energy, een zuinige Bluetooth-variant. Hiermee kunnen slechts geringe hoeveelheden data worden verzonden, maar dat is vaak genoeg. Denk bijvoorbeeld aan apparaten die op het lichaam worden gedragen, zoals hartslag- en glucosemonitors. Die hoeven immers slechts periodiek een waarde naar een smartphone te sturen.
 

De transformator (de achthoek linksonder) die in het voedingsdeel is geïntegreerd voert het rendement op. Het actieve deel van de chip meet slechts 0,5 mm² (foto: University of Michigan).

Batterijen

Met het lage verbruik houdt een knoopcelbatterij het elf jaar vol. Dat is maar goed ook, want als het IoT in de nabije toekomst een feit is, zal iedereen honderden apparaten in huis hebben die allemaal met het internet verbonden willen zijn. Als al die batterijen regelmatig moeten worden vervangen, komt men nooit meer aan iets anders toe. Met deze nieuwe chip kunnen apparaten zuinig en langdurig worden verbonden met andere, grotere apparaten die de informatie vervolgens naar het web doorsluizen.

Bron: IEEE Spectrum
 
Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items