Outre leur compacité, leur faible coût et leur efficacité énergétique, les objets connectés doivent offrir une compatibilité Bluetooth LE flexible, quel que soit leur format d'implémentation. Renesas a développé deux nouvelles technologies pour répondre à ces exigences : 1) une technologie de circuit d'adaptation d'impédance couvrant une large gamme d'impédances et permettant au circuit intégré de s'adapter à diverses impédances d'antenne et de carte sans circuit d'adaptation externe ; 2) une technologie de correction de signal pour les signaux de référence générés localement, utilisant un petit circuit pour corriger automatiquement les incohérences des composants et les variations des conditions environnementales, sans nécessiter d'étalonnage.

Renesas a validé l'efficacité de ces technologies sur un prototype de circuit émetteur-récepteur RF Bluetooth LE gravé en CMOS 22 nm. Grâce à ces nouvelles technologies, Renesas a réduit la surface du circuit, alimentation comprise, à 0,84 mm², une première mondiale pour un dispositif de ce type. Ce résultat a été obtenu en modifiant l'architecture du récepteur afin de réduire le nombre d'inductances et en intégrant des améliorations telles qu'un amplificateur de bande de base à faible consommation et à faible encombrement, ainsi qu'un amplificateur de classe D à haut rendement. Ces composants offrent une efficacité énergétique optimale, avec une consommation de seulement 3,6 mW en réception et 4,1 mW en émission. Ces avancées permettent de réduire la taille de la carte, son coût et sa consommation, tout en simplifiant sa conception.

Les avantages des nouvelles technologies d'émetteurs-récepteurs RF sont les suivants :

1. Technologie de circuit d'adaptation couvrant une large gamme d'impédances (accordeur d'impédance d'antenne sur puce, AIT)
La technologie de circuit d'adaptation d'impédance intégré présentée par Renesas à l'ISSCC 2015 a permis la création de produits Bluetooth LE compacts et économiques, ne nécessitant ni inductances ni condensateurs externes pour la commutation entre les modes réception et émission, ni pour l'adaptation d'impédance. Cependant, selon le type d'antenne ou la conception de la carte, l'impédance n'atteignait pas nécessairement 50 Ω et un circuit d'adaptation externe restait indispensable. De plus, l'utilisation de la technologie précédente, associée à l'ajout d'un circuit d'adaptation avec commutation d'impédance, pouvait engendrer des problèmes de perte de signal accrue et d'une plage de variation insuffisante.

Pour résoudre ces problèmes, Renesas a développé une nouvelle technologie de circuit d'adaptation d'impédance variable, composée de deux inductances et de quatre condensateurs variables. Les inductances côté émetteur et côté récepteur sont disposées de manière concentrique, et leur induction mutuelle est exploitée pour réduire les pertes de signal et optimiser la capacité parasite effective. Ceci permet d'étendre la plage d'impédance variable et de réduire significativement la surface du circuit. Un taux d'ondes stationnaires (TOS), indicateur des désadaptations d'impédance, équivalent à un maximum de 6,8, a été obtenu pour une plage d'impédance variable d'environ 25 à 300 Ω.


2. Technologie de circuit d'autocorrection du signal de référence qui élimine le besoin d'un circuit d'étalonnage (autocorrection de phase IQ, SIQC)
L'émetteur-récepteur RF génère en interne un signal de référence (un signal généré localement) à une fréquence approximativement identique à celle des signaux radio sans fil reçus par l'antenne. Ce signal sert à convertir les signaux sans fil gigahertz en signaux de bande de base basse fréquence. La précision du signal de référence peut être altérée par des facteurs tels que des variations dans les composants du circuit ou des variations de température ou de tension d'alimentation. Auparavant, une technologie de compensation des décalages de phase et d'amplitude, utilisant un circuit d'étalonnage, était employée pour générer avec précision le signal de référence. Cependant, cette méthode présentait des inconvénients : l'intégration d'un tel circuit d'étalonnage nécessitait une surface de puce plus importante, une consommation d'énergie accrue et des coûts de test plus élevés.

Renesas a résolu ces problèmes en développant une nouvelle technologie de circuit d'autocorrection de phase. Ce circuit utilise des signaux de référence provenant de quatre phases différentes pour se corriger mutuellement, permettant ainsi d'annuler les différences de phase. Beaucoup plus compact, ce circuit d'autocorrection peut être intégré dans un espace environ douze fois plus petit qu'un circuit d'étalonnage classique. Le taux de réjection du signal d'image, crucial pour la qualité de réception, atteint en moyenne 39 dB, ce qui est conforme à la norme Bluetooth avec une marge confortable.