Un circuito de reloj de 0.59 nW/kHz con alta precisión de calibración de reloj para chips pasivos de Internet de las cosas
Autores: Li, Xiaoming; Xu, Hui; An, Yabin; Feng, Xiting
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un circuito de reloj de 0.59 nW/kHz con alta precisión de calibración de reloj para chips pasivos de Internet de las cosas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Generador de reloj
Transpondedores RFID pasivos
Chips IoT pasivos
Fluctuaciones PVT
Circuito de reloj de alta precisión
Solución de bajo consumo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 47
Citaciones: Sin citaciones
La alta precisión y bajo consumo de energía del generador de reloj son críticos en los transpondedores RFID pasivos y los chips IoT pasivos, pero las fluctuaciones en PVT pueden causar una degradación considerable en la precisión de los relojes internos del chip. Este documento propone un circuito de reloj de alta precisión con un método de calibración de disparo único para abordar este problema en una solución de reloj de bajo consumo. Basado en el tiempo de referencia en el preámbulo del sobre de RF de enlace descendente, se implementó un método de calibración TDIF (Tiempo-digital a frecuencia de corriente) con un procedimiento simplificado y circuitos personalizados. Al calcular la diferencia entre los recuentos de tiempo y aplicarlo a un oscilador de corriente extremadamente bajo en potencia, el cambio de corriente puede ser controlado linealmente. En comparación con el esquema tradicional de división de frecuencia entera utilizado por las etiquetas pasivas para una velocidad de datos ascendente de 160 k bits, la frecuencia requerida para el generador de reloj se redujo de 960 kHz a 320 kHz, el error de calibración se redujo de +/-10% a +/-3% para una desviación de frecuencia de +/-25%, el tiempo de calibración fue de 133.3 s para un disparo único en este trabajo, y el consumo de energía fue de 158 nW después de que se completara la calibración. Esto conduce a una excelente eficiencia energética de 0.59 nW/kHz y cumple con los requisitos de bajo consumo, bajo costo y robustez de PVT en los chips IoT pasivos alimentados por RF. Aumentando adecuadamente el número de dígitos de calibración y la duración, este enfoque de calibración también podría ser utilizado para otros chips IoT pasivos de ultra bajo consumo que requieren un reloj de mayor precisión sin el uso de cristales externos.
Descripción
La alta precisión y bajo consumo de energía del generador de reloj son críticos en los transpondedores RFID pasivos y los chips IoT pasivos, pero las fluctuaciones en PVT pueden causar una degradación considerable en la precisión de los relojes internos del chip. Este documento propone un circuito de reloj de alta precisión con un método de calibración de disparo único para abordar este problema en una solución de reloj de bajo consumo. Basado en el tiempo de referencia en el preámbulo del sobre de RF de enlace descendente, se implementó un método de calibración TDIF (Tiempo-digital a frecuencia de corriente) con un procedimiento simplificado y circuitos personalizados. Al calcular la diferencia entre los recuentos de tiempo y aplicarlo a un oscilador de corriente extremadamente bajo en potencia, el cambio de corriente puede ser controlado linealmente. En comparación con el esquema tradicional de división de frecuencia entera utilizado por las etiquetas pasivas para una velocidad de datos ascendente de 160 k bits, la frecuencia requerida para el generador de reloj se redujo de 960 kHz a 320 kHz, el error de calibración se redujo de +/-10% a +/-3% para una desviación de frecuencia de +/-25%, el tiempo de calibración fue de 133.3 s para un disparo único en este trabajo, y el consumo de energía fue de 158 nW después de que se completara la calibración. Esto conduce a una excelente eficiencia energética de 0.59 nW/kHz y cumple con los requisitos de bajo consumo, bajo costo y robustez de PVT en los chips IoT pasivos alimentados por RF. Aumentando adecuadamente el número de dígitos de calibración y la duración, este enfoque de calibración también podría ser utilizado para otros chips IoT pasivos de ultra bajo consumo que requieren un reloj de mayor precisión sin el uso de cristales externos.