一种亚微瓦可重构多频段发射机，能量效率达到2.57皮焦耳/比特，并具备动态占空比调节功能，适用于亚GHz频段的应用场景

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》：A Sub-μW Reconfigurable Multiband Transmitter With 2.57-pJ/bit Energy Efficiency and Dynamic Duty-Cycling Adjustment for Sub-GHz Applications

超低功耗注入锁定发射器设计支持OOK/FSK调制，在130nm工艺下实现多频段（400/433/915MHz）集成，功耗达435nW@0.09%占空比，能效2.57pJ/ bit，数据速率85Mb/s。

　　

摘要：

本文介绍了一种超低功耗注入锁定发射机的分析与设计，该发射机支持开关键控（OOK）和频移键控（FSK）调制，适用于短距离传感器节点应用。为了实现低于μ W的功耗，该设计采用了一种改进的启动晶体振荡器，从而实现了整个发射机的高效占空比控制。占空比信号由一个纳瓦级的片上时钟振荡器生成，有效降低了睡眠模式的功耗。注入锁定振荡器的频率调谐功能使其能够在多个标准亚GHz频段内工作，包括400 MHz的MedRadio频段以及433 MHz和915 MHz的ISM频段——这是在单一架构下实现的，据作者所知，此前尚未有相关报道。通过优化的注入相位序列，载波生成模块在稳定的参考信号下可实现小于11 ns的稳定时间。为了验证这一概念，该发射机采用130 nm工艺制造，核心面积为0.133 mm2。在0.25–0.9 V的电源电压下，该发射机在432 MHz频段的输出功率为-23.3 dBm。在1 Mb/s的数据传输速率下，其连续工作时的功耗为183 μ W；而在占空比为0.09%的间歇工作模式下，功耗仅为435 nW。通过优化的启动和切换机制，该发射机的数据传输速率可达85 Mb/s，能量效率达到2.57 pJ/bit——据作者所知，这是目前报道的亚GHz超低功耗发射机中最高的能量效率和数据传输速率。

引言

通信系统在各种应用中的广泛使用，包括无线身体传感器网络（WBSNs）、物联网（IoT）、可穿戴医疗设备（WHDs）和医疗通信系统（MCSs），凸显了开发低功耗通信系统的重要性。这些系统，尤其是发射机（TX），通常不依赖基站电源，而是依靠电池或能量收集元件来供电。虽然电池的运行寿命有限，但设计良好的能量收集器可以提供持续的电力。然而，它们的输出功率通常受到尺寸的限制[1]，这对许多应用来说是一个关键因素。因此，通信系统的功耗直接影响所需能量收集元件的设计和尺寸。