Renesas Electronics Corporation ha anunciado el desarrollo de dos tecnologías de transceptores de RF de 2,4 GHz compatibles con el estándar de comunicación de campo cercano Bluetooth® Low Energy (LE) de bajo consumo. Las nuevas tecnologías también consiguen un área de montaje más pequeña y una mayor eficiencia energética.

Además de ser compactos, de bajo coste y eficientes energéticamente, los dispositivos IoT deben ofrecer una compatibilidad flexible con Bluetooth LE independientemente de su formato de implementación. Renesas ha desarrollado dos nuevas tecnologías para abordar estos requisitos: 1) una tecnología de circuito de adaptación que cubre un amplio rango de impedancias y permite que el CI se adapte a una variedad de impedancias de antena y de placa sin un circuito externo de adaptación de impedancias; 2) una tecnología de corrección de señales para señales de referencia generadas localmente que utiliza un pequeño circuito para autocorregir inconsistencias en los elementos del circuito y variaciones en las condiciones del entorno sin necesidad de calibración.

Renesas ha verificado la eficacia de estas tecnologías en un prototipo de circuito transceptor RF Bluetooth LE construido con un proceso CMOS de 22 nm. Con estas nuevas tecnologías, Renesas ha reducido el área del circuito, incluida la fuente de alimentación, a 0,84 mm2, la más pequeña del mundo para un dispositivo de este tipo. Esto se consiguió modificando la arquitectura del receptor para reducir el número de inductores e introduciendo mejoras como un amplificador de banda base de baja corriente con una pequeña área de montaje y un amplificador de clase D muy eficiente. Ofrecen la mejor eficiencia energética de su clase, con un consumo de 3,6 mW y 4,1 mW durante la recepción y la transmisión, respectivamente. Estos avances permiten reducir el tamaño, el coste de la placa y el consumo de energía, además de simplificar el proceso de diseño de la placa.

Las ventajas de las nuevas tecnologías de transceptores de RF son:

1. Tecnología de circuito de adaptación que cubre una amplia gama de impedancias (sintonizador de impedancia de antena en el chip, AIT)
La tecnología de circuito de adaptación de impedancia integrada presentada por Renesas en la ISSCC 2015 permitió crear productos Bluetooth LE compactos y de bajo coste que no requerían inductores o condensadores externos para cambiar entre recepción y transmisión o adaptación de impedancia. Sin embargo, dependiendo del tipo de antena o de las consideraciones de diseño de la placa, la impedancia no alcanzaba necesariamente los 50 Ω y seguía siendo necesario un circuito de adaptación externo. Además, cuando se utilizaba la tecnología anterior y se añadía un circuito de adaptación con funcionalidad de cambio de impedancia, podían seguir surgiendo problemas relacionados con el aumento de la pérdida de señal y la incapacidad de alcanzar un rango de variación suficiente.

Para solucionar estos problemas, Renesas ha desarrollado una nueva tecnología de circuito de adaptación de impedancia variable que consta de dos inductores y cuatro condensadores variables. El inductor del lado del transmisor y el inductor del lado del receptor utilizados en el circuito de adaptación están configurados en una disposición concéntrica, y su inducción mutua se emplea para reducir la pérdida de señal y recortar la capacitancia parasitaria efectiva. Esto amplía el rango de impedancia variable y reduce considerablemente el área del circuito. Se ha confirmado una relación de onda estacionaria de tensión (VSWR), que indica desajustes de impedancia, equivalente a un máximo de 6,8 y un rango de impedancia variable de aproximadamente 25 a 300 Ω.


2. Tecnología de circuito de autocorrección de la señal de referencia que elimina la necesidad de un circuito de calibración (autocorrección de fase IQ, SIQC)
El transceptor de RF genera internamente una señal de referencia (señal generada localmente) de aproximadamente la misma frecuencia que la de las señales de radio inalámbricas recibidas a través de la antena. La señal se utiliza para convertir las señales inalámbricas de banda de gigahercios en señales de banda base de baja frecuencia. La precisión de la señal de referencia puede verse degradada por factores como inconsistencias en los elementos del circuito o variaciones en la temperatura o la tensión de alimentación. En el pasado, la tecnología de compensación de las desviaciones de fase y amplitud con un circuito de calibración se utilizaba para generar con precisión la señal de referencia. Sin embargo, esto provocaba problemas, ya que la integración de dicho circuito de calibración requería una mayor superficie de chip, un mayor consumo de energía y un mayor coste de las pruebas.

Renesas resolvió estos problemas desarrollando una nueva tecnología de circuito de autocorrección de fase que utiliza señales de referencia de cuatro fases diferentes para corregirse mutuamente permitiendo que las diferencias de fase se cancelen entre sí. Este circuito de autocorrección es mucho más pequeño y puede implementarse en aproximadamente una doceava parte del tamaño de un circuito de calibración convencional. La relación de rechazo de la señal de imagen, crucial para el rendimiento de la recepción, tiene una media de 39 dB, que cumple la norma Bluetooth con un cómodo margen de sobra.