Dynamische Kanalkalibrierung auf einem kristallfreien Mote-on-a-Chip

Abstrakt

Die Ein-Chip-Integration eines drahtlosen Sensorknotens würde billige, stromsparende und staubgroße Geräte ermöglichen. Der Schlüssel zur Verwirklichung dieser Vision ist die Abschaffung sperriger Off-Chip-Frequenzreferenzen wie Kristalloszillatoren oder Resonatoren und der damit verbundenen stromfressenden Schaltungen. Die unmittelbare Herausforderung bei der Beseitigung von Off-Chip-Referenzen besteht darin, dass es keine genauen On-Chip-Frequenzreferenzen mehr gibt, was es schwierig macht, das Funkgerät auf die richtige Frequenz abzustimmen und ein genaues Zeitgefühl zu behalten. Dieser Artikel bietet eine vollständige Lösung für quarzfreie Geräte, die (1) die Initiierung der Kommunikation in einem IEEE802.15.4-Netzwerk, (2) die Synthese der 16 Kommunikationskanäle bei Starttemperatur und (3) die kontinuierliche Anwendung von Korrekturen auf die ungenaue Timing-Quelle umfasst, um die Frequenzsynchronisation auf allen Kommunikationskanälen über einen Temperaturbereich von 5-55°C zu ermöglichen. Die vorgeschlagenen Methoden werden durch Simulationen und eine experimentelle Validierung an der ersten voll funktionsfähigen Single Chip Micro Mote Hardware-Implementierung begleitet. Unsere Simulationen und experimentellen Ergebnisse bestätigen, dass der vorgeschlagene Ansatz eine Synchronisationsgenauigkeit der Funkuhr erreicht, die nahe an der vom IEEE802.15.4-Standard vorgegebenen Grenze von 40 ppm liegt.