東京工業大学の松澤昭教授と岡田健一准教授らの研究グループは、デジタル化により世界最小電力で動作するBluetooth Low Energy(BLE)無線機の開発に成功した。電池交換が長期間不要で、IoT技術の普及を大きく加速させる成果だ。

 近年、BLEは従来のBluetoothに比べて1桁以上の低消費電力化が可能であり、パソコン周辺機器やスマートフォンを中心に爆発的に利用が広がり、幅広い種類のIoT端末への搭載も期待されている。

 現状のBLE無線機はボタン電池一つで2~5年程度の駆動が可能だが、IoT端末の耐用年数中に電池交換を不要とするには10年以上の駆動を可能とする低消費電力化が求められていた。

 研究グループは、キャリア再生やアナログデジタル変換をPLL回路に担わせることで、BLE無線機の消費電力を大幅に削減。今回開発したBLE無線機のデジタルPLL回路は、新型デジタル制御遅延回路(DTC:デジタル制御値により遅延時間が変化する可変遅延回路)により、ジッタ(信号の時間軸上のゆらぎ)が低くかつ広帯域な特性を実現し、BLE無線機での利用が可能となった。

 これにより、従来のBLE無線機の受信に必要な回路規模を半分にし、アナログデジタル変換器(ADC)を不要にした。またADCとしての性能向上のために、オフセット分を帰還させることで、分解能が大幅に向上した。最小配線半ピッチ65nmのシリコンCMOSプロセスで試作したBLE無線機の消費電力は送信時2.9mW、受信時2.3mWとなり、従来のBLE無線機の半分以下である。

 今回開発したBLE無線機はメンテナンスフリーの動作実現により、IoT機器の爆発的普及への足掛かりとなる。また、特許出願中の新型DTCや、それを用いたデジタルPLLは、無線機以外の幅広い回路に利用することで性能向上や低消費電力化に寄与できる。

参考:【東京工業大学】世界最小電力で動作するBLE無線機を開発(PDF)

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