近日，中国科学技术大学微电子学院左成杰教授课题组一篇射频集成电路（RFIC）设计论文入选2024年第九届集成电路与微系统国际会议（The 9th International Conference on Integrated Circuits and Microsystems, ICICM）。ICICM 2024于10月25日至27日在湖北武汉举办。该研究成果获得了ICICM 2024的最佳论文奖以及最佳报告奖。
随着物联网（IoT）技术的发展，对超低功耗（ULP）无线传感器网络（WSN）的需求逐渐增加。事件驱动型唤醒接收机（WuRX）是减少IoT设备待机功耗并延长其电池使用时间的最有效解决方案之一。WuRX是独立于主接收机的一个额外的辅助接收机，其功耗远远低于主接收机，因此可以一直处于开启状态代替主接收机监听信道，而主接收机则处于休眠状态。当WuRX接收到通信请求时，它会唤醒主接收机来进行信号传输。由于在没有事件触发的大部分时间，主接收机一直处于休眠状态，这能极大降低WSN节点的待机功耗。
当WSN节点的事件触发频率很低时，WuRX的功耗将会主导整个系统的整体功耗，所以WuRX的功耗需要尽可能地降低。功耗处于nW量级的WuRX是目前国际上的研究热点，然而由于功耗的限制，该类型低功耗WuRX多采用直接下变频（ED-1st）的射频架构来解调OOK调制的唤醒序列，这导致nW量级的WuRX抗干扰能力极差。
为了提升nW量级WuRX的抗干扰能力，该研究提出了一种双通道直接下变频的唤醒接收机架构（Dual-Channel ED-1st WuRX）。另外还提出了一种基于微机电系统（MEMS）谐振器的双通道匹配网络和一种特殊设计的双通道OOK调制唤醒序列，以配合基带电路实施双通道工作模式，这极大地提升了nW量级WuRX的抗干扰能力。
图1 论文提出的双通道直接下变频唤醒接收机的架构图
后仿真结果表明，对于250 bps OOK调制的干扰信号，该WuRX的最优带内信号干扰比（SIR）达到了-39.1 dB，在两个通道的中心频率frf1和frf2处的SIR分别为-11.5 dB和-30.6 dB，其最差的带内SIR都优于-6.4 dB，为目前nW量级WuRX中最优的；该WuRX的功耗为8.19 nW，灵敏度为-71.9 dBm，核心芯片面积仅为0.165 mm2，在已报道的研究中处于前列。该研究成果以“An 8.19 nW, -71.9 dBm Sensitivity, Interference-Robust Dual-Channel Wake-Up Receiver at 2.4 GHz”为题发表在ICICM 2024上，第一作者为我院硕士研究生邱茂洋，左成杰教授为论文的通讯作者。该成果获得了ICICM 2024的最佳论文奖以及最佳报告奖。
图2 论文提出的双通道直接下变频唤醒接收机的功耗和SIR后仿真结果
图3 该成果获得的ICICM 2024最佳论文奖杯和最佳报告奖状
该项研究工作得到了中国电子学会智芯科研专项、国家自然科学基金、国家重点研发计划、安徽省高校协同创新项目、中国科学技术大学原创探索类项目的资助，也得到了中国科大信息科学技术学院、中国科大微纳研究与制造中心、中国科大先进技术研究院、集成电路科学与技术安徽省重点实验室、中国科学院无线光电通信重点实验室的支持。
文章来源：中国科学技术大学
