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ROHM, Imec und Holst Centre präsentieren bahnbrechende Lösung für kleine Low-Power-IoT-Funksysteme

Volldigitaler Phasenregelkreis kombiniert Sub-mW-Stromverbrauch, geringe Größe und industrietypische Leistung

 

ROHM, Imec and Holst Centre Present Breakthrough Solution

ROHM hat auf der Internationalen Solid-State Circuits Conference 2017 in San Francisco zusammen mit imec, der weltweit führenden Forschungs- und Innovationsschmiede für Nanoelektronik und digitale Technologien, und dem von Imec und TNO gegründeten Holst Center einen volldigitalen Phasenregelkreis (ADPLL – All Digital Phase-Locked Loop) für IoT-Funksysteme präsentiert. Standard PLLs sind traditionell einer der Hauptverbraucher in einer funkbetriebenen Anwendung und können bis zu 30% der Fläche des Funkchips ausmachen. Dagegen benötigt die neue ADPLL nur wenig Platz (0,18 mm² in 40-nm-CMOS) das bei geringem Energieverbrauch (0,67 mW) und einer hervorragenden Performance. Mit Spikes kleiner als -56 dBc und Jitter unter 2 ps zeigt der neue ADPLL eine ausgezeichnete Robustheit und übertrifft damit auch modernste digitale PLLs.

Das intuitive Internet of Things (IoT) basiert auf winzigen Sensorknoten, die unsichtbar in unsere Umgebung eingebettet und drahtlos mit dem Internet verbunden sind. Bei Milliarden von eingesetzten IoT-Geräten wird ein Batterieaustausch unmöglich, und daher ist insbesondere im Funkbetrieb die Reduzierung des Energieverbrauchs ein Hauptanliegen und eine große Herausforderung.

Der Phasenregelkreis ist die Funkkomponente für die Frequenzsynthese und ist traditionell als analoge Schaltung ausgeführt, obwohl bereits seit einiger Zeit an digitalen Alternativen gearbeitet wurde. Die Vorteile volldigitaler PLLs sind geringer Platzbedarf, bessere Kontrolle und Testbarkeit sowie eine verbesserte Skalierung dank CMOS Technology. Allerdings hinkten sie bisher im Vergleich zur Performance analoger Lösungen noch hinterher.

Die volldigitale PLL von ROHM und Imec kombiniert branchenweit erstmals eine äußerst geringe Leistungsaufnahme von nur 0,67 mW mit maximaler Performance. Sie unterstützt alle Spezifikationen von Bluetooth Low Energy (BLE) und unterbietet gleichzeitig die Kosten und den Energiebedarf vergleichbarer Lösungen. Zudem verfügt sie über leistungsstarke Techniken zur Phasenauswertung und zur Vermeidung von Störsignalen. Beides trägt zu seiner hervorragenden Leistung bei.

"Wir sind stolz darauf, dass wir diesen Low-Power-ADPLL der Spitzenklasse gemeinsam mit Imec entwickelt haben. Wir entwickeln dabei den HF-Transceiver dieses ADPLLs und integrieren ROHMs Ultra-Low-Power-Sensoren und -Mikrocontroller in das Sensor-Modul. Wir hoffen, damit die Führung auf dem IoT-Markt zu übernehmen", erklärte Isao Matsumoto, Direktor für LSI Produktentwicklung und Produktion bei ROHM.

Kathleen Philips, Programmdirektor im Imec /Holst Center for Perceptive Systems for an Intuitive IoT, ergänzt: "Wir freuen uns über die Zusammenarbeit mit ROHM, um eine weitere Herausforderung zu meistern und einen ADPLL zu liefern, der Imecs Portfolio von weltweit führenden Low-Power-Funk-Designs erweitert. Mit seiner Leistung ist dieser volldigitale PLL zu einer ausgereiften und überlegenen Alternative zu den weit verbreiteten analogen PLLs geworden. Unser ADPLL ist reif für die industrielle Massenproduktion und wird derzeit unseren Industriepartnern für die Produktintegration zur Verfügung gestellt."

Auf der ISSCC2017 hält Imec vier Vorträge über die wichtigsten Bausteine für die Ultra-Low-Power-Konnektivität. Diese Innovationen dienen der Leistungsreduzierung im Active-, Standby-, Sleep- und Transient-Betrieb von Standard-Funksystemen wie Bluetooth oder bei Newcomern im Bereich der Sub-GHz-Kommunikation.