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Sistemas de recepción / transmisión para internet de las cosas (IoT).
Juan Pablo Lozano Carvajal
ALEJANDRO DIAZ SANCHEZ
ALEJANDRO ISRAEL BAUTISTA CASTILLO
Acceso Abierto
Atribución-NoComercial-SinDerivadas
Internet de las cosas (IoT)
Radio frecuencia (RF)
CMOS
With the great expansion that wireless communication technologies have had in the human history, it is quite strange to find an example of a product where a wireless transceiver (TRX) cannot be implanted that can communicate information from or towards the internet, for example. From our own home, in our work and during our vacations. We are surrounded by electronic devices that can be interconnected to send and receive information instantly. But the challenge today is focused on the interconnection of these devices anytime, anywhere and without the need to be operated by humans. Towards this goal is the trend of the Internet of Things (IoT) that requires new solutions implemented in Silicon to support applications never imagined. Like precision agriculture, surveillance of infrastructure and smart cities of the future. With about 33 billion devices connected through a standard for IoT in the year 2020, it is necessary to solve some problems in current transceivers (TRX). Among the most important is the energy consumption since many of these devices are dependent on batteries and a technique now very important to reduce power consumption is the reduction of stages either by joining or eliminating stages that are not definitely necessary. In this paper we present an unconventional transceiver architecture (TRX) based on an LC tank oscillator that uses a passive inductor as an antenna (OFF-chip) to transmit and receive signals. Signals of frequencies as small as 30KHz to be transmitted and / or received wirelessly with robustness against interference thanks to an ASK OOK modulation through a very small band of the electromagnetic spectrum. Several times less bandwidth used compared to other communication technologies channels such as WiFi, Bluetooth and GSM. This transceiver (TRX) has been validated with post-layout simulations in the CADENCE tool and manufactured in a MMRF CMOS 180nm UMC technology.
Con la gran expansión que han tenido las tecnologías de comunicación inalámbrica en la vida de todos los seres humanos en la actualidad es bastante extraño encontrar un ejemplo de un producto en donde no pueda ser implantado un transceptor (TRX) inalámbrico que pueda comunicar información desde o hacia la internet, por ejemplo. Desde nuestro propio hogar, en nuestro trabajo y durante nuestras vacaciones. Estamos rodeados de dispositivos electrónicos que pueden ser interconectados para enviar y recibir información instantáneamente. Pero el reto de la actualidad se centra en la interconexión de estos aparatos en cualquier momento en cualquier lugar y sin la necesidad de ser operados por un ser humano. Hacia esta meta está encaminada la tendencia del internet de las cosas (IoT) que requiere de nuevas soluciones implementadas en Silicio para soportar aplicaciones nunca imaginadas. Como la agricultura de precisión, la vigilancia de infraestructura y las ciudades inteligentes del futuro. Con cerca de 33 billones de aparatos conectados a través de algún standard para IoT en el año 2020 es necesario resolver algunos inconvenientes en los transceptores (TRX) actuales. De los más importantes es el uso de la energía ya que muchos de estos dispositivos son dependientes de baterías y una técnica ahora muy importante para reducir el consumo de potencia es la reducción de etapas que conforman los dispositivos ya sea uniendo o eliminando etapas que no son necesarias definitivamente. En este trabajo se presenta una arquitectura de transceptor (TRX) no convencional basado en un oscilador tanque LC que usa un inductor pasivo como antena (OFF-chip) para la transmisión y recepción de señales. Señales de frecuencias tan pequeñas como 30KHz para ser transmitidas y/o recibidas inalámbricamente con robustez ante interferencias gracias a la modulación ASK OOK en una muy pequeña franja del espectro electromagnético. Varias veces menor a la usada por las tecnologías de comunicación inalámbrica como WiFi, Bluetooth, GSM y NB-IoT. Con un consumo de solo 4.5mW y bajo un régimen de “duty-cycling” se logra llegar a un consumo de corriente promedio de 3.0525μA que logra asegurar que la batería usada (CR2032) logre una autonomía de 10 años sin recambio así convirtiéndose en una solución apropiada para varias aplicaciones de el IoT. Este transceptor (TRX) ha sido validado con simulaciones post-layout en la herramienta CADENCE y fabricado en una tecnología MMRF CMOS de 180nm de UMC.
Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica.
2019-04
Tesis de maestría
Español
Estudiantes
Investigadores
Público en general
Lozano Carvajal, J. P., (2019), Sistemas de recepción / transmisión para internet de las cosas (IoT), Tesis de Maestría, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica.
ELECTRÓNICA
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