Oltre a essere compatti, economici ed efficienti dal punto di vista energetico, i dispositivi IoT devono offrire una compatibilità Bluetooth LE flessibile, indipendentemente dal formato di implementazione. Renesas ha sviluppato due nuove tecnologie per soddisfare questi requisiti: 1) una tecnologia di circuito di adattamento di impedenza che copre un'ampia gamma di impedenze e consente al circuito integrato di adattarsi a diverse impedenze di antenne e schede senza la necessità di un circuito di adattamento di impedenza esterno; 2) una tecnologia di correzione del segnale per segnali di riferimento generati localmente che utilizza un piccolo circuito per autocorregere le incongruenze negli elementi del circuito e le variazioni delle condizioni ambientali senza richiedere calibrazione.

Renesas ha verificato l'efficacia di queste tecnologie in un prototipo di circuito ricetrasmettitore RF Bluetooth LE realizzato con un processo CMOS a 22 nm. Grazie a queste nuove tecnologie, Renesas ha ridotto l'area del circuito, incluso l'alimentatore, a 0,84 mm², la più piccola al mondo per un dispositivo di questo tipo. Questo risultato è stato ottenuto modificando l'architettura del ricevitore per ridurre il numero di induttori e introducendo miglioramenti come un amplificatore di banda base a bassa corrente con un ingombro ridotto e un amplificatore in Classe D ad alta efficienza. Questi componenti offrono la migliore efficienza energetica della categoria, consumando solo 3,6 mW e 4,1 mW rispettivamente in ricezione e trasmissione. Tali progressi consentono una riduzione delle dimensioni, dei costi e del consumo energetico della scheda, oltre a semplificare il processo di progettazione.

I vantaggi delle nuove tecnologie di ricetrasmettitori RF sono:

1. Tecnologia di circuiti di adattamento che copre un'ampia gamma di impedenze (sintonizzatore di impedenza dell'antenna su chip, AIT)
La tecnologia del circuito integrato di adattamento di impedenza presentata da Renesas all'ISSCC 2015 ha permesso la creazione di prodotti Bluetooth LE compatti ed economici che non richiedevano induttori o condensatori esterni per la commutazione tra le modalità di ricezione e trasmissione o per l'adattamento di impedenza. Tuttavia, a seconda del tipo di antenna o delle considerazioni di progettazione del circuito stampato, l'impedenza non raggiungeva necessariamente i 50 Ω e un circuito di adattamento esterno era comunque necessario. Inoltre, utilizzando la tecnologia precedente e aggiungendo un circuito di adattamento con funzionalità di commutazione di impedenza, potevano ancora presentarsi problemi relativi all'aumento della perdita di segnale e all'impossibilità di ottenere un intervallo di variazione sufficiente.

Per affrontare questi problemi, Renesas ha sviluppato una nuova tecnologia di circuito di adattamento di impedenza variabile composta da due induttori e quattro condensatori variabili. Gli induttori lato trasmettitore e lato ricevitore utilizzati nel circuito di adattamento sono configurati concentricamente e la loro induzione mutua viene sfruttata per ridurre la perdita di segnale e snellire la capacità parassita effettiva. Ciò amplia la gamma di impedenza variabile e riduce significativamente l'area del circuito. È stato confermato un rapporto di onda stazionaria di tensione (VSWR), che indica disadattamenti di impedenza, pari a un massimo di 6,8, con una gamma di impedenza variabile da circa 25 a 300 Ω.


2. Tecnologia del circuito di autocorrezione del segnale di riferimento che elimina la necessità di un circuito di calibrazione (autocorrezione di fase IQ, SIQC)
Il ricetrasmettitore RF genera internamente un segnale di riferimento (un segnale generato localmente) a una frequenza approssimativamente uguale a quella dei segnali radio wireless ricevuti tramite l'antenna. Questo segnale viene utilizzato per convertire i segnali wireless a gigahertz in segnali in banda base a bassa frequenza. L'accuratezza del segnale di riferimento può essere compromessa da fattori quali incongruenze nei componenti del circuito o variazioni di temperatura o tensione di alimentazione. In passato, per generare con precisione il segnale di riferimento, si utilizzava una tecnologia di compensazione dello sfasamento e dell'ampiezza tramite un circuito di calibrazione. Tuttavia, questo approccio presentava dei problemi, poiché l'integrazione di un tale circuito di calibrazione richiedeva una maggiore area del chip, un maggiore consumo energetico e costi di collaudo più elevati.

Renesas ha risolto questi problemi sviluppando una nuova tecnologia di circuito di autocorrezione di fase che utilizza segnali di riferimento provenienti da quattro fasi diverse per correggersi a vicenda, consentendo alle differenze di fase di annullarsi. Questo circuito di autocorrezione è molto più piccolo e può essere implementato in un volume pari a circa un dodicesimo di quello di un circuito di calibrazione convenzionale. Il rapporto di reiezione del segnale immagine, fondamentale per le prestazioni di ricezione, è in media di 39 dB, valore che soddisfa lo standard Bluetooth con un ampio margine.