Eletrônica

Rádio sem baterias viabiliza redes de sensores sem fios

Rádio sem baterias viabiliza redes de sensores sem fios
Na maior parte do tempo, os rádios Bluetooth ou WLAN que equipam celulares e computadores estão consumindo energia da bateria sem acrescentar nenhuma funcionalidade.[Imagem: IMEC]

Rádio sem pilhas

O centro de pesquisas em eletrônica IMEC, da Bélgica, apresentou um novo rádio ultra miniaturizado que consome apenas 51 microwatts (µW) de energia para funcionar.

O rádio funciona no modo de espera, como as etiquetas RFID, ficando em stand-by até que seja acordado por um transmissor externo.

Enquanto está "dormente", o rádio não consome nenhuma energia. Como, ao contrário das etiquetas RFID, ele consegue alta potência de transmissão, ele está sendo chamado pelos engenheiros de "rádio sem baterias."

A apresentação foi feita durante Conferência Internacional de Circuitos de Estado Sólido, que está sendo realizada nesta semana em São Francisco, na Califórnia.

Desperdício de energia

Este recorde de baixa potência (51 µW) preenche uma lacuna hoje existente entre as etiquetas RFID, que possuem um alcance extremamente limitado, e os receptores e transmissores de rádio de maior potência, que consomem muita energia - pelo menos o suficiente para impedir que eles sejam usados em várias aplicações em logística, na transmissão de dados de sensores em edifícios inteligentes e no monitoramento ambiental.

A grande limitação dos sistemas de transmissão de dados sem fios atuais é que eles consomem muita energia nos momentos em que o rádio não tem que transmitir ou receber dados.

Isto significa que, na maior parte do tempo, os rádios Bluetooth ou WLAN que equipam celulares e computadores estão consumindo energia da bateria sem acrescentar nenhuma funcionalidade.

O novo receptor, que opera na faixa 2,4 GHz/915 MHz, com consumo de energia ultra baixo e tempo de resposta muito rápido, elimina esse problema ao funcionar como as etiquetas RFID, ficando totalmente dormente quando não está se comunicando. Como somente é ativado externamente, o novo não consome nenhuma energia durante a maior parte do tempo.

Sensores sem fios

"Em nossa pesquisa com sistemas autônomo de sensores sem fios, nosso objetivo é desenvolver sistemas de sensores sem fios alimentados por energia recolhida do meio ambiente, em vez de utilizar baterias," explica Bert Gyselinckx, coordenador da equipe de desenvolvimento.

"O orçamento de energia desses sistemas é de apenas 100 µW para o DSP, o rádio e o sensor. Este rádio com consumo ultra baixo de energia, de apenas 51 µW, e extremamente miniaturizado, é um grande passo para atingir nosso objetivo. Ele abre as portas para muitas aplicações sem baterias, como etiquetas RFID de longo alcance, iluminação inteligente e etiquetas com sensores." diz o pesquisador.

Nova arquitetura de rádio

Na verdade, os engenheiros do IMEC desenvolveram uma nova arquitetura de rádio, baseada em uma amostragem dupla para superar o problema do ruído, conhecido como 1/f - para entender esse problema, veja a reportagem Cientistas descobrem fonte do onipresente ruído 1/f.

Esse ruído afeta a maioria dos rádios de baixa taxa de transmissão de dados - entre 10 e 100 kbps. Como consequência, esses rádios tradicionalmente têm uma demanda de potência maior do que os rádios de mais alta velocidade de transferência para atingir o mesmo desempenho.

Ao usar uma técnica de amostragem dupla, os pesquisadores reduziram o deslocamento (offset) e o ruído 1/f e, por consequência, a sensibilidade do receptor se eleva proporcionalmente conforme aumenta a taxa de transferência.

O chip receptor wake-up foi implementado com tecnologia CMOS digital de 90 nanômetros e ocupa uma área de 0,36 milímetro quadrado. A sensibilidade atinge -75 dBm para o receptor de 915 MHz a 100 kbps com modulação OOK (on off keying). Para o receptor de 2,4 GHz, a sensibilidade é de -64 dBm e -69 dBm para 100 kbps e 10 kbps, respectivamente.





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