Es asombroso lo rápido que los teléfonos inteligentes, las tabletas y dispositivos móviles similares se han convertido en un elemento básico de la vida cotidiana. Los últimos modelos de estos omnipresentes productos cuentan con capacidades de WLAN y Bluetooth integradas para admitir varios tipos de comunicaciones celulares y de datos. Millones de personas en todo el mundo confían en Internet para obtener noticias y pronósticos del tiempo, ver mapas dinámicos cuando se pierden, descargar y reproducir contenido de audio y video, y mucho más.
El acceso a Internet, los servicios de GPS y las capacidades de los teléfonos celulares no son las únicas capacidades inalámbricas de los dispositivos móviles modernos. Por ejemplo, puede interactuar con accesorios personales (relojes, reproductores multimedia, etc.) o incluso comunicarse con pequeños receptores cercanos. Su versatilidad y utilidad quedan demostradas por un kit de teléfono manos libres que permite que un auricular y un micrófono separados se comuniquen con dispositivos de telefonía móvil mediante tecnología Bluetooth.
Una tendencia interesante en el diseño de sistemas es el uso de sistemas inalámbricos de monitoreo de la salud y el estado físico, donde los nodos sensores (microdispositivos) transmiten información sobre los indicadores clave de salud de una persona (temperatura, pulso, presión arterial, etc.). ) a dispositivos móviles de grabación y análisis cercanos. La demografía está creando grandes oportunidades de venta para este tipo de función.
Debido a la gran y rápida expansión del volumen de estas y otras aplicaciones, Renesas anticipa una tasa de crecimiento rápida e impresionante en el mercado global de comunicaciones inalámbricas de corto alcance (hasta aproximadamente 1 metro).
Elimine las baterías del nodo sensor
Los nodos de sensores de hoy en día requieren su propia fuente de energía para admitir la comunicación con dispositivos móviles como teléfonos inteligentes y tabletas. Por ejemplo, los nodos de sensores pequeños que usan o transportan las personas generalmente funcionan con pilas de botón o pilas secas pequeñas.
Obviamente, el tamaño y el peso de la batería afectarán el tamaño y el peso del nodo sensor. Además, la comunicación inalámbrica consume más energía que la comunicación por cable, por lo que las baterías de los nodos requieren un reemplazo periódico (consulte la Figura 1). Esto significa que el uso de la energía de la batería limita severamente dónde se pueden colocar los nodos sensores.
Desarrollo de soluciones multifacéticas de semiconductores
Para superar tales limitaciones de los nodos sensores, Renesas logró crear un prototipo de un chip semiconductor que realiza la comunicación de datos de corto alcance sin necesidad de baterías. Este chip incorpora dos tecnologías propietarias importantes:
- La tecnología #1 transmite datos a muy baja potencia (unos pocos microvatios).
- La tecnología 2 extrae energía de las ondas electromagnéticas ambientales.
Refleja o absorbe la energía electromagnética ambiental
La tecnología #1 implementa un enfoque bastante novedoso para la transmisión de datos. En un nuevo enfoque de diseño de sistema, el software dedicado instalado en cada dispositivo móvil monitorea la calidad de la comunicación.
Nuestra metodología se ilustra con la situación en la que un dispositivo móvil se comunica con un punto de acceso en una LAN inalámbrica. La calidad de la comunicación fluctúa continuamente dependiendo de las condiciones electromagnéticas ambientales. Los avances en la tecnología Renesas permiten que los nodos reflejen y absorban alternativamente esta energía electromagnética ambiental. Darle a un nodo la capacidad de reflejar y absorber alternativamente esta energía electromagnética ambiental le permite transmitir datos al cambiar entre los modos de reflexión y absorción (consulte los casos A y B en la Figura 2).
En el caso A, el nodo sensor refleja ondas electromagnéticas. Las ondas reflejadas interfieren con la señal de comunicación entre el terminal remoto y el punto de acceso, lo que reduce la calidad de la comunicación por debajo de los niveles normales. Sin embargo, los cambios resultantes son menores que las fluctuaciones de comportamiento típicas del sistema a lo largo del tiempo, incluidas las desviaciones causadas por perturbaciones a medida que los usuarios se mueven, por lo que la comunicación en sí no se ve comprometida. El siguiente paso es eliminar las variaciones típicas y extraer los datos.
En el caso B, el nodo sensor absorbe ondas electromagnéticas. Como resultado, la calidad de la señal del punto de acceso supera la que se logra cuando el nodo refleja ondas.
Codificar datos usando calidad de señal
El software dedicado monitorea las fluctuaciones en la calidad de la comunicación en los dispositivos móviles equipados con la nueva tecnología de Renesas. El nodo sensor envía un ‘1’ reduciendo la calidad. Es decir, refleja la señal del punto de acceso. Establezca “0” mejorando la calidad de la señal. es decir, absorbiendo la señal. Este enfoque de diseño innovador permite el uso de nodos sensores de muy baja potencia, ya que la operación en el nodo se limita a cambiar entre los estados de reflexión y absorción.
Los ingenieros de nuestro laboratorio de I+D crearon un tablero de conmutación reflectante/absorbente para evaluar este nuevo enfoque de comunicación. Una prueba colocó la placa entre un transmisor y un receptor en una LAN inalámbrica (WiFi). La distancia de comunicación era de 30 cm y la velocidad de transmisión se mantuvo baja de 2 a 5 kilobits por segundo.
Los resultados han superado nuestras expectativas. En particular, el sistema consumió solo unos pocos microvatios de energía. Sorprendentemente, esto es de dos a tres órdenes de magnitud inferior a los niveles de potencia típicos necesarios para operar los enlaces LAN y Bluetooth (consulte la Figura 3).
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