Toshiba Desarrolla VCO de 2,4 GHz de Extremadamente Bajo Consumo con Técnica de Control Dinámico de Tensión de Alimentación

Toshiba Corporation (TOKYO: 6502) anunció hoy que desarrolló un oscilador controlado de tensión (Voltage Controlled Oscillator, VCO) de 2,4 GHz de extremadamente bajo consumo para sistemas inalámbricos de bajo consumo, como Bluetooth^® Low Energy (BLE). La operación de baja tensión, por debajo de la tensión umbral del transistor, se logra al combinar las características de un VCO clase D y la técnica de control dinámico de la tensión de alimentación. El consumo de energía del VCO se reduce a entre un quinto a un décimo en comparación con el consumo convencional. Toshiba presentó el VCO en la Conferencia Europea de Circuitos de Estado Sólido (European Solid-State Circuits Conference, ESSCIRC) que se realizó en Venecia, Italia, el 24 de septiembre de 2014.

Recientemente, se ampliaron las aplicaciones de comunicaciones inalámbricas para incluir deportes, estado físico, atención médica, relojes y más. Como estas aplicaciones suelen asumir una operación duradera con baterías de baja capacidad, como batería botón y cosechadora de energía, se requiere un circuito integrado (integrated circuit, IC) inalámbrico de extremadamente bajo consumo. Esto ha impulsado la investigación en IC inalámbricos de bajo consumo y componentes individuales.

Entre los componentes, la reducción del consumo de energía del VCO es un desafío, ya que un desempeño de ruido superior depende del gran consumo de energía. Se investigaron muchas técnicas para bajo ruido y bajo consumo de energía del VCO, la mayoría concentrada en la reducción del consumo de corriente. Sin embargo, para el consumo extremadamente bajo, se necesita la reducción en el dominio de la tensión.

Toshiba aplicó el VCO clase D desarrollado con tecnología CMOS avanzada, que usa transistores como interruptores (no como transconductores, como los VCO convencionales). Aunque el VCO clase D puede lograr un desempeño de ruido superior a baja tensión de alimentación, la tensión de alimentación también tiene que ser la más baja posible para un consumo extremadamente bajo.

Se desarrolló un VCO de consumo extremadamente bajo con una técnica de control dinámico de la tensión de alimentación que usa un circuito de baja pérdida de señal (low-drop out, LDO) como controlador dinámico de la tensión de alimentación. Como arranque del VCO, se impulsa la tensión de alimentación para asegurar un arranque rápido y confiable. En el estado estable tras el arranque, se controla la tensión de alimentación por debajo de la tensión umbral, lo que mantiene la oscilación, incluso, en la tensión de alimentación por debajo de la tensión umbral del transistor; una de las características del VCO clase D es una amplitud de oscilación, aproximadamente, tres veces superior a la tensión de alimentación. La operación a una tensión extremadamente baja da lugar al bajo consumo por parte del VCO.

El chip de prueba se fabrica con tecnología CMOS de 28 nm con alto umbral de tensión. Si bien el alto umbral de tensión puede reducir la pérdida de corriente en modo de reposo, aumenta el consumo de energía en los VCO clase D convencional porque se requiere más tensión de alimentación. Sin embargo, como el VCO propuesto puede oscilar a tensiones inferiores que la umbral, se puede disponer de bajo consumo de oscilación incluso con alta tensión umbral. Se logra un consumo extremadamente bajo de apenas 171uW, junto con desempeño de ruido de fase requerido, para sistemas inalámbricos de bajo consumo.

El control dinámico de la tensión de alimentación puede resolver el equilibrio entre la pérdida de corriente en modo reposo y el consumo activo en modo activo. Es más, se puede disponer de un sistema inalámbrico más eficaz cuando se usa este VCO de baja tensión con fuentes de energía como un conversor DC/DC y un cosechador de energía.

Este VCO puede operar en un consumo extremadamente bajo con tecnología CMOS avanzada. Prosiguiendo su avance, Toshiba avanzará en la reducción de energía en sistemas totalmente inalámbricos, así como componentes VCO, orientados a lograr un IC inalámbrico de extremadamente bajo consumo en los próximos tres años.

*Bluetooth es una marca comercial registrada propiedad de Bluetooth SIG, Inc. y Toshiba Corporation la utiliza bajo licencia.

Acerca de Toshiba

Toshiba Corporation, una compañía Fortune 500, canaliza las capacidades de clase mundial en los productos eléctricos y electrónicos avanzados y en los sistemas en cinco ámbitos estratégicos de negocios: Energía e Infraestructura, Soluciones Comunitarias, Sistemas y Servicios de Salud, Dispositivos y Componentes Electrónicos, y Productos y Servicios de Estilos de Vida. Guiada por los principios del Compromiso Básico del Grupo Toshiba, “Comprometidos con la Gente, Comprometidos con el Futuro” (Committed to People, Committed to the Future), Toshiba promueve operaciones internacionales para garantizar el “Crecimiento mediante la Creatividad y la Innovación” (Growth Through Creativity and Innovation), y está contribuyendo a lograr un mundo en el que todas las personas vivan en una sociedad segura y cómoda.

Fundada en Tokio en 1875, Toshiba hoy en día está en el centro de una red global de más de 590 compañías consolidadas que emplean a más de 200 000 personas a nivel mundial, con ventas anuales que superan los 6,5 billones de yenes (63 000 millones de USD).
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