En ne réveillant un appareil sans fil que lorsque cela est nécessaire, le récepteur de réveil (pile de puces à gauche du centime) peut réduire la consommation d'énergie et prolonger la durée de vie de la batterie. Le système comprend une antenne miniaturisée (plaque dorée sous le récepteur). Crédit:David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering
Une nouvelle puce d'économie d'énergie développée par des ingénieurs de l'Université de Californie à San Diego pourrait réduire considérablement ou éliminer le besoin de remplacer les batteries dans les appareils et dispositifs portables de l'Internet des objets (IoT). Le récepteur de réveil ne réveille un appareil que lorsqu'il a besoin de communiquer et de remplir sa fonction. Cela permet à l'appareil de rester en veille le reste du temps et de réduire la consommation d'énergie.
La technologie est utile pour les applications qui n'ont pas toujours besoin de transmettre des données, comme les appareils IoT qui permettent aux consommateurs de commander instantanément des articles ménagers dont ils sont sur le point de manquer, ou des moniteurs de santé portables qui prennent des lectures une poignée de fois par jour.
"Le problème maintenant est que ces appareils ne savent pas exactement quand se synchroniser avec le réseau, ils se réveillent donc périodiquement pour le faire même s'il n'y a rien à communiquer. Cela finit par coûter beaucoup d'énergie, " a déclaré Patrick Mercier, professeur de génie électrique et informatique à l'UC San Diego. "En ajoutant un récepteur de réveil, nous pourrions améliorer la durée de vie de la batterie des petits appareils IoT de plusieurs mois à plusieurs années."
L'équipe, dirigé par Mercier et les professeurs de génie électrique et informatique de l'UC San Diego Drew Hall et Gabriel Rebeiz, ont publié leur travail intitulé, "A 22,3 nW, 4,55 cm 2 Récepteur de réveil résistant à la température atteignant une sensibilité de -69,5 dBm à 9 GHz, " dans le Journal IEEE des circuits à semi-conducteurs .
Le récepteur de réveil est une puce ultra-faible puissance qui recherche en permanence un signal radio spécifique, appelé une signature de réveil, qui lui indique quand réveiller l'appareil principal. Il n'a besoin que d'une très petite quantité d'énergie pour rester allumé et faire cela - 22,3 nanowatts dans ce cas, environ un demi-millionième de la puissance nécessaire pour faire fonctionner une veilleuse à LED.
Un élément clé de la conception de ce récepteur est qu'il cible les signaux radio à plus haute fréquence que les autres récepteurs de réveil. Les signaux sont à la fréquence de 9 gigahertz, qui relève du domaine de la communication par satellite, contrôle du trafic aérien et détection de la vitesse des véhicules. Cibler une fréquence plus élevée a permis aux chercheurs de tout réduire, y compris l'antenne, transformateur et autres composants hors puce dans un boîtier beaucoup plus petit, au moins 20 fois plus petit que les travaux antérieurs au niveau du nanowatt.
Un gros plan du récepteur de réveil, composé d'une petite pile de jetons. Crédit:David Baillot / UC San Diego Jacobs School of Engineering
Ce récepteur de réveil peut également faire autre chose que les autres récepteurs alimentés en nanowatts ne peuvent pas :fonctionner correctement sur une large plage de températures. Pour ce récepteur, les performances sont constantes de -10 C à 40 C (14 F à 104 F). Typiquement, les performances des récepteurs de réveil à faible puissance chutent si la température change de quelques degrés seulement. "Pour une utilisation en intérieur, ce n'est pas grave. Mais pour une utilisation en extérieur, il doit fonctionner sur une large fenêtre de température. Nous avons spécifiquement abordé que dans ce travail, " dit Mercier.
L'équipe de l'UC San Diego a développé de nouvelles conceptions de circuits et de nouvelles techniques au niveau du système pour équiper leur récepteur de toutes ces fonctionnalités tout en augmentant la sensibilité. Celles-ci ont été rendues possibles grâce à une électronique ultra basse consommation de pointe développée par les laboratoires Mercier et Hall, et des technologies avancées d'antenne et de radio développées par le laboratoire Rebeiz.
Selon les chercheurs, la combinaison de ce récepteur de consommation d'énergie de niveau nanowatt, petite taille d'emballage (4,55 centimètres carrés de superficie), la sensibilité (-69,5 dBm) et les performances en température sont les meilleures publiées à ce jour.
"Ces chiffres sont assez impressionnants dans le domaine des communications sans fil - une consommation d'énergie aussi faible, tout en conservant la résistance à la température, le tout dans un petit, système hautement sensible - cela permettra toutes sortes de nouvelles applications IoT, " dit Mercier.
Il y a un petit compromis dans la latence. Il y a un délai de 540 millisecondes entre le moment où le récepteur détecte la signature de réveil et le moment où il réveille l'appareil. Mais pour les applications visées, les chercheurs notent que ce délai n'est pas un problème.
"Vous n'avez pas besoin d'un débit élevé, communication à large bande passante lors de l'envoi de commandes à votre maison intelligente ou à vos appareils portables, par exemple, donc le compromis d'attendre une demi-seconde pour obtenir un 100, L'amélioration de la puissance de 000x en vaut la peine, " dit Mercier.
