Бесфабричная полупроводниковая компания BeSpoon и CEA-Leti недавно показали микросхему сверхширокополосного (СШП) импульсного радио (Impulse radio Ultra-Wide Band, IR-UWB), способную измерять расстояния с точностью до нескольких сантиметров.
Во время экспериментов с первыми прототипами компании доказали, что они претендуют на мировой рекорд по дальности действия на 880 м, если следовать требованиям стандарта IR-UWB и 3641 м в соответствии с требованиями для чрезвычайных ситуаций.
 |
Особенностью микросхемы, спроектированной совместно BeSpoon и Leti, является IR-UWB (импульсный СШП) КМОП-интегрированный приемопередатчик, способный производить точные измерения дальности. В одной микросхеме (РЧ-тракт и цифровой блок базовых функций) была спроектирована система «дружественная к смартфону» в том смысле, что для своей работы она может использовать компоненты, уже имеющиеся в большинстве смартфонов, позволяя OEM-производителям встраивать новые функции, используя всего одну микросхему.
CEA-Leti работала над СШП-сигналами последние 12 лет, запустив свою первую исследовательскую программу по этой теме в 2000 г. «И только после десяти лет исследований и тупиковых решений некоторые результаты стали коммерчески используемыми», — пояснил Пьер-Дэмьен Бергер (Pierre-Damien Berger), исследователь из CEA Leti.
В то же время, Жан-Мари Андре (Jean-Marie Andre), нынешний директор BeSpoon, пришел к убеждению, что эта технология может дать новую функциональность и новые сервисы для очень точной геолокации. Еще три года исследований ушло в рамках совместной исследовательской программы, созданной CEA-Leti для BeSpoon, чтобы сократить разрыв между ее первым подтверждением концепции и промышленным продуктом.
«С самого начала, было несколько компаний, заинтересованных в этой технологии, но только некоторые их них имели опыт покрытия последней мили, от теоретических результатов до реального продукта, — пояснил Жан-Мари Андре. — Сейчас среди наших стратегических партнеров имеется несколько громких имен, осуществляющих интеграцию больших систем, которые сейчас изучают различные возможности применения и которые будут нашими первыми заказчиками, если мы сможем обеспечить их микросхемами в полном объеме».
Несколько подложек были произведены на CEA-Leti, и Андре ожидает, что микросхема поступит в массовое производство в течение «нескольких кварталов», возможно, в начале следующего года она будет производиться на фабриках STMicroelectronics.
«Сегодня, около 95% решений для позиционирования внутри помещений основывается на уровне сигнала WiFi, который значительно изменяется, поэтому обеспечивает очень низкую точность, в пределах метра в лучшем случае, если вы не чрезмерно передвигаетесь», — шутливо прокомментировал Андре.
«До сих пор все коммерческие IR-UWB-решения были основаны на дискретных компонентах, смонтированных на печатных платах. Эти устройства не были экономически ограничены, и настройка частоты синхронизации и модуляции сигнала могла выполняться подбором нескольких значений конденсаторов до тех пор, пока устройство начинало работать по назначению, — объяснил Андре, — тогда как интеграция всего в одну микросхему стала очень серьезной задачей, и очень немногие лаборатории в мире способны справится с ней. Мы стремимся к выходу на объемы заказчиков, и наша микросхема предельно оптимизирована и доступна по цене».
Объединяя в себе СШП-радиоприемник и передатчик с контроллерами сигналов и высокоточным таймером для синхронизации и модуляции, микросхема способна отслеживать различные пути сигнала и определить, который из них пришел раньше других (сигнал с кратчайшим пройденным расстоянием будет на линии видимости), основываясь на точных измерениях времени пути. Из-за того, что радиоволны распространяются со скоростью света, задержка в 1 нс соответствует 30 см пройденного расстояния.
 |
Установление времени прохождения сигнала между двумя микросхемами приемопередатчиков
«Проектирование схемы, способной обеспечить точные интервалы времени в пределах нескольких сотен пикосекунд было чрезвычайно сложной задачей, — подчеркнул Андре, — реальная микросхема имеет подтвержденную точность таймера менее 120 пикосекунд, что соответствует точности позиционирования менее 5 см».
На точность измерений не влияют стены или проходящие люди, что позволяет предложить очень надежное решение для локации внутри помещений. В одном из вариантов применения, по мнению BeSpoon, микросхема может быть использована для мобильного контроля геозоны, посредством чего может быть организовано заданное пользователем отслеживание расстояний между мобильным телефоном или портативным брелком и другими электронными устройствами (например, ноутбуком, кассой в случае ее открывания, ключами автомобиля). Брелки или смартфоны смогут предупреждать пользователя, если эти объекты оказались слишком далеко.
 |
Брелок контроля геозоны, который можно использовать для слежения за личным имуществом на заданном пользователем расстоянии
Для точной геолокации внутри помещений существующие Wi-Fi хотспоты, используемые сейчас для позиционирования с помощью триангуляции уровня сигнала, могут быть модернизированы с помощью USB-ключа с IR-UWB-микросхемой от BeSpoon.
Жан-Мари Андре полагает, что BeSpoon может иметь такое же прекрасное будущее, как компании-первооткрыватели Bluetooth и Wi-Fi. Сначала, IR-UWB-микросхема может быть использована в комбинации с другими радиочастотными технологиями. На второй стадии внедрения она может быть полностью интегрирована с другими совместимыми РЧ-блоками в радиомодули или даже лицензирована как IP-блок для интеграции в другие микросхемы.
Читайте также:
RFMD начинает производство сверхширокополосных микросхем-усилителей серии SDA
Выбор радиочастотного ключа — нелегкая задача
Отслеживание ресурсов на предприятии
Беспроводные технологии с низким энергопотреблением
О возможностях использования беспроводных высокоскоростных сверхширокополосных аппаратно-программных систем для промышленной автоматики
Стандарты беспроводной связи диапазона ISM
Особенности нового Wi-Fi-стандарта 802.11ac
Как снизить потребление сети беспроводных датчиков
Источник: EE Times Europe