具高安全性且低耗能之物聯網晶片電路及系統之分析、設計及實作-子計畫五：適用於高安全性喚醒物聯網系統之超低功耗抗干擾無線收發機( I )

物聯網許下了一個全面普及、周遭的任何物品都可以透過無線網路連接的願景，估計數十億的無線連接設備，將帶來許多具吸引力的應用，如智能電網、智能居家、智能交通、到智能城市等，帶來如革命般在效率、準確性和經濟上的效益提升。當所有這些物聯網設備連接到網路上時，其無線通信系統將消耗其大部分能量，然而，這些物聯網設備僅具有限的功耗預算，甚至必須使用無電池的能量收集方案，隨著大量數據通過物聯網節點傳輸，更需要具有安全通信的超低功耗設計。此外，物聯網節點容易受到電池能源攻擊的影響，進一步加大了對於低功耗高效能的挑戰。計畫中提出一個整合喚醒接收機的超低功耗無線收發機，具備安全的射頻喚醒機制，透過高安全性的喚醒通信協議，以防止電池能量的攻擊。這種具有喚醒接收機的超低功耗收發機將能夠支援多種調變方式，包括開關鍵控（OOK），頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）等主要低功耗無線通信調變模式。在喚醒接收機中，使用射頻包絡檢測技術和頻率/相位鑑定器解調訊號，在實現上具有低成本和低功耗的優勢。關於主要數據接收機，以混頻器做為射頻前級，設計一無射頻放大器之超外差接收機架構，利用多路徑濾波器來提供可程式化高線性高品質因子射頻濾波器，以提升抗干擾之能力。在發射機架構中，將專注於倍頻技術以及低頻頻率合成器和相位調製器的研發，以避免高耗能本地振盪器的使用。此外，使用基於注入鎖定振盪器的功率放大器，可以提高輸出頻譜純度，並且提供較高的發射機能量效率。本計畫的目標是實現一個適用於高射頻安全喚醒物聯網系統、且兼容OOK / FSK / PSK的抗干擾無線收發機，其中，主要數據發射器、主要數據接收器和喚醒接收器的功耗分別只有為1000微瓦、100微瓦和10微瓦。結合先進的環境獵能技術，這種高效能的無線收發器可以顯著延長物聯網設備的電池壽命，實現一個可靠的物聯網系統。