低功耗無線系統(tǒng)是目前市場(chǎng)的寵兒，東芝公司看準(zhǔn)時(shí)機(jī)，宣布推出專為低功耗無線系統(tǒng)而開發(fā)的2.4 GHz壓控振蕩器(VCO)。例如低功耗藍(lán)牙(BLE)。低于晶體管閾值電壓的低電壓運(yùn)行通過將class-D壓控振蕩器功能與電源電壓動(dòng)態(tài)控制技術(shù)相結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)。相比傳統(tǒng)的壓控振蕩器，該壓控振蕩器的功耗僅為其五分之一至十分之一。東芝在2014年9月24日于意大利威尼斯舉行的歐洲固態(tài)電路年會(huì)(ESSCIRC)上展示了該壓控振蕩器。
隨著科技的進(jìn)步 ，現(xiàn)代人們的日常生活越來越離不開隨身便攜終端，在一些領(lǐng)域中，如運(yùn)動(dòng)、健身、醫(yī)療、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域，無線通信設(shè)備已經(jīng)得到了極大的發(fā)展。由于這些應(yīng)用通常使用低電量電池進(jìn)行長期運(yùn)行，例如硬幣型電池和能量采集器，因此極低功耗無線集成電路(IC)成為必要。這推動(dòng)了對(duì)低功耗無線IC和獨(dú)立結(jié)構(gòu)組件的研究。
在眾多的科技突破點(diǎn)中，壓控振蕩器功耗的降低一直是一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的題目。因?yàn)樽吭降脑肼曅阅芡Q于高功耗。研究人員已對(duì)用于降低壓控振蕩器噪聲和功耗的多項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了研究，主要致力于降低電流消耗。然而，對(duì)于極低功耗而言，有必要減少電壓域。
但是，目前東芝似乎已經(jīng)找到了解決的方法，東芝將采用先進(jìn)的CMOS技術(shù)來開發(fā)class-D壓控振蕩器，這項(xiàng)技術(shù)使用晶體管作為開關(guān)(而不像傳統(tǒng)壓控振蕩器將其作為跨導(dǎo)器)。雖然class-D壓控振蕩器能夠以低電源電壓獲得卓越的噪聲性能，但電源電壓也必須盡可能低以便實(shí)現(xiàn)于極低功耗。
降低功耗的秘密在于動(dòng)態(tài)電源電壓控制技術(shù)，這種技術(shù)被用于大幅減少壓控振蕩器的功耗，控制技術(shù)使用低壓差(LDO)電路作為動(dòng)態(tài)電源電壓控制器。在壓控振蕩器啟動(dòng)時(shí)，電源電壓增壓，以確保快速、穩(wěn)定地啟動(dòng)。在啟動(dòng)后的穩(wěn)態(tài)中，電源電壓被控制在閾值電壓之下，從而甚至在低于晶體管閾值電壓的電源電壓下保持振蕩，因?yàn)閏lass-D壓控振蕩器的一個(gè)特征是振蕩幅度大約是電源電壓的三倍。極低電壓運(yùn)行帶來的結(jié)果是壓控振蕩器的功耗降低。
測(cè)試芯片是采用高閾值電壓下的28nm CMOS技術(shù)制造而成。雖然高閾值電壓可降低睡眠模式下的泄漏電流，但它會(huì)增加傳統(tǒng)class-D壓控振蕩器的功耗，因?yàn)檫@需要較高的電源電壓。然而，由于擬議的壓控振蕩器可在低于閾值電壓的電壓下振蕩，低功耗振蕩甚至可以在高閾值電壓下進(jìn)行。僅171uW的極低功耗及低功耗無線系統(tǒng)所需的相位噪聲性能均可得到實(shí)現(xiàn)。
動(dòng)態(tài)電源電壓控制可以解決睡眠模式下的泄漏電流與活動(dòng)模式下的有功功耗之間的權(quán)衡問題。此外，當(dāng)這種低電壓壓控振蕩器與直流/直流(DC/DC)轉(zhuǎn)換器和能量采集器等能量源配合使用時(shí)，可實(shí)現(xiàn)更高效的無線系統(tǒng)。
在掌握了這種技術(shù)之后，東芝將計(jì)劃向整體無線系統(tǒng)和壓控振蕩器的節(jié)能方向靠攏，在未來三年之內(nèi)，東芝將以實(shí)現(xiàn)低功耗無線IC技術(shù)而努力。
