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2016年11月8日

東芝、低消費電流Bluetooth対応SoCを開発

 東芝は2016年11月7日、コイン型リチウム電池などで駆動するIoT機器向けに、BluetoothR low energy Ver.4.2規格に準拠し、従来と比較して動作時消費電流を50%削減したBluetooth low energy SoCを開発した。低消費電流化に適したアーキテクチャや回路を適用することで、受信時3.2mA、送信時3.5mAの動作時消費電流を実現し、長時間の電池駆動を可能にする。また、SoCにRF整合回路を内蔵することで、SoCの外付け部品点数を削減し、IoT機器の小型化を実現する。
 一般に消費電流は、受信感度や送信出力などの無線性能とトレードオフにあり、従来のBluetoothR low energy SoCでは両立が困難である一方、利用可能なコイン電池の種類を増やすために、3〜4mAで駆動できる低消費電流BluetoothR low energy SoCが求められている。また、機器の小型化には、外付け部品をチップに内蔵するSoC化が有効ですが、RF整合回路まで内蔵すると、不整合損出のため受信感度や送信出力などの無線性能が劣化するという課題があった。
 同社はBluetooth low energy SoCの低消費電流化のために、(1)低消費電流化に適した受信アーキテクチャ、(2)変換効率の高い電源システム、(3)低消費電流RF回路の3つの技術を採用した。
 (1)の受信部では、従来の1/2のローカル周波数を受信機内部で生成し高周波ミキサに供給する受信アーキテクチャを採用し、ローカル発振器の低消費電流化を実現した。周波数構成の複雑な本アーキテクチャを採用したことで生じる干渉波に対する脆弱性については、主な干渉波源である携帯電話の信号が、Bluetooth low energyの所望周波数帯域に変換されないような周波数プランを採用することで、干渉波耐性を向上させた。
 (2)の電源システムでは、レギュレータでの電力ロスを改善するために、LDOを取り去った構成を採用した。LDOを取り去るとDC-DCコンバータのスイッチング雑音による回路特性の劣化が懸念されますが、DC-DCコンバータのスイッチング周波数をPLLを用いて固定し、Bluetooth low energyの所望周波数帯域から外すことで、この問題を解決した。
 (3)の低消費電流RF回路では、送信系と受信系で一つの電圧制御発振器(VCO)を共用すると、VCOに求められる周波数可変範囲が広くなり、消費電流を増加させる原因となる。今回、送信系と受信系でそれぞれ専用のVCOを用いることで、必要な周波数可変範囲を狭め、低消費電流化を実現した。また、パワーアンプ(PA)などの回路にもスイッチングアンプを適用し、徹底した低消費電流化を図った。
 上記3つの低消費電流化技術を採用することで、受信感度-93dBm、送信出力0dBmの実用的な無線性能と、従来比50%削減を実現した受信時3.2mA、送信時3.5mAの動作時消費電流を両立することに成功した。
 なお、本SoCは65nm-CMOSプロセスを用いて、RF整合回路をSoC化することで外付け部品を従来の19個から7個に削減している。

URL=https://toshiba.semicon-storage.com/jp/company/news/news-topics/
2016/11/wireless-20161107-1.html








 

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