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Bibliographic Metadata

Title
From Microwatt to Gigabit
AuthorPretl, Harald ; Faseth, Thomas ; Schuhmacher, Tim ; Stadelmayer, Markus ; Sadjina, Silvester ; Schmickl, Stefan
Published in
e & i Elektrotechnik und Informationstechnik, 2018, Vol. 135, Issue 1, page 76-82
PublishedSpringer Vienna, 2018
LanguageEnglish
Document typeJournal Article
Keywords (DE)Hochfrequenz (HF) / extrem niedriger Stromverbrauch / drahtlose Architekturen / Sende-Empfangsgeräte / Mixed-Signal-Schaltkreise / 5G
Keywords (EN)RF / ultra-low-power / wireless architectures / transceiver / mixed-signal circuits / 5G
ISSN1613-7620
URNurn:nbn:at:at-ubl:3-1040 Persistent Identifier (URN)
DOI10.1007/s00502-017-0571-6 
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From Microwatt to Gigabit [0.88 mb]
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Abstract (German)

Neben der Einführung der zellularen Mobilfunknetze der fünften Generation (5G) muss sich auch die integrierte Hochfrequenz-Schaltungstechnik einer noch nie dagewesenen Breite an unterschiedlichen Anforderungen stellen:

Auf der einen Seite gibt es überall kabellose Sensornetzwerke, denen nur eine geringe Menge an Versorgungsleistung im Mikrowatt-Bereich zur Verfügung steht. Daher müssen die Chips in diesem Bereich energieautark und möglichst kostengünstig entwickelt werden. Aufgrund der zu erwartenden hohen Stückzahlen (Milliarden von unterschiedlichsten Sensoren für verschiedene Anwendungen) sind eine drahtgebundene Energieversorgung oder der Einsatz von Batterien in vielen Fällen praktisch unmöglich. Somit wird es für die Sensoren immer wichtiger, ihre Energieversorgung aus der Umgebung zu gewinnen (Stichwort Energy Harvesting). Auf der anderen Seite treibt die moderne Funkkommunikation in 5G-Netzwerken mit Gigabit-pro-Sekunde-fähigen zellularen Modems die Hardware- und Leistungsverbrauchsanforderungen auf die Spitze. Zur Verbesserung hardwarebedingter Einschränkungen und Ungenauigkeiten durch analoge Realisierungen werden nun oft digitale Korrektur-, Anpassungs- und Kompensationsalgorithmen eingesetzt. Diese neuartigen Mixed-signal-Schaltungskonzepte sowie die erforderliche gesteigerte Integrationsdichte verlangen oft auch den Einsatz von teuren immer kleiner werdenden CMOS-Technologieknoten.

In dieser Arbeit stellen die Autoren die aktuellen Trends und Entwicklungen in den Bereichen kostengünstiger Ultra-Low-Power- und High-End-Hochfrequenz integrierte CMOS-Schaltungen gegenüber.

Abstract (English)

On the brink of introducing the fifth generation (5G) of cellular networks, the art of radio-frequency (RF) integrated circuit design has never seen such a wide spread of diverging requirements:

On the one hand, ubiquitous sensor networks are mandating power budgets in the order of micro-watt. They should be constructed as energy-autonomous, wireless, low-cost sensor nodes. This demand is caused by massive deployment scenarios of billions of devices, which makes wires and batteries unpractical. As a result, the desire for the radio nodes to harvest their operational energy from the environment emerges.

On the other hand, the recent and ongoing realization of gigabit-per-second capable cellular modems is driving hardware and power requirements to extremes. To overcome hardware limitations, introduced by analog impairments, digital correction and alignment algorithms are employed for compensation. These factors call for usage of expensive advanced CMOS technology nodes and increased utilization of digital signal processing techniques.

In this paper, we recap ongoing trends and developments for ultra-low power and high-end transceiver (TRX) designs using CMOS technology nodes ranging from low-cost to highest performance.

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