Videocámara HD inalámbrica ASIC. Foto: Universidad de WashingtonLa retrodispersión es un fenómeno físico en el que las ondas, partículas o señales se reflejan en la dirección opuesta, es decir, hacia la fuente. Se usa tradicionalmente en astronomía, fotografía y ultrasonido. Pero resulta que este fenómeno puede usarse para electrónica, sensores y transmisores de radio.
El
laboratorio de sistemas de sensores de la Universidad de Washington
ha desarrollado un
módulo de video HD que transmite transmisiones de
video de 720p y 1080p a 60 FPS con un consumo de energía de 321 y 806 μW, respectivamente. Esto
es 1,000-1,000,000 veces menos que las cámaras inalámbricas existentes. En otras palabras, el módulo tendrá suficiente energía extraída del entorno (WiFi, luz, vibración, diferencia de temperatura, radiación de microondas, etc.).
Esto se logró eliminando la electrónica "innecesaria" del dispositivo, incluido el ADC y el codificador de video. La señal del sensor se transmite en forma analógica a través de un modulador de ancho de pulso con retrodispersión.
Imagine que tenemos una cámara de video inalámbrica, por ejemplo, una cámara de video de vigilancia, lentes inteligentes u otro dispositivo de Internet de las cosas. En resumen, una videocámara inalámbrica funciona de la siguiente manera:
- los fotones llegan a los fotodiodos de la matriz fotosensible, que convierten la luz en una carga eléctrica;
- amplificador de bajo ruido (LNA) amplifica la señal;
- el módulo de control automático de ganancia (AGC) verifica que la señal resultante no vaya más allá del rango procesado por el convertidor analógico a digital (ADC o ADC);
- El ADC realiza la discretización y convierte las sobretensiones analógicas en forma digital;
- un codificador de video comprime una señal de video digital;
- Un transmisor de radio transmite una señal de video digital a la base.
La mayor parte del consumo de energía en un dispositivo de este tipo no recae en el sensor fotosensible, sino en el resto de la electrónica. Se ha demostrado que el sensor de 128 × 128 en sí mismo
puede operar a solo 1.2 microwatts .
Entonces, los ingenieros del laboratorio de sistemas de sensores para reducir el consumo de energía
llevaron el ADC junto con otros componentes electrónicos fuera del módulo .
Diagrama de una cámara de video convencional con un transmisor de señal digital
Diagrama de una cámara de video con un transmisor de señal analógica a través de retrodispersión, donde el resto de la electrónica está fuera del móduloComo puede ver, un amplificador de bajo ruido (LNA), un módulo de regulación automática (AGC), un convertidor analógico a digital (ADC) y un codificador de video se transfieren desde la parte móvil al lado del receptor. En lugar de un transmisor de radio convencional, se utiliza un modulador de ancho de pulso (PWM) con retrodifusión.
Circuito modulador de ancho de pulso de retrodispersiónCuriosamente, PWM también
comprime la señal analógica en cuadros de referencia. La idea es que los valores de los píxeles vecinos difieran poco entre sí. Por lo tanto, en lugar del escaneo habitual línea por línea de la matriz, se implementó un escaneo en zigzag aquí, cuando las líneas pares se escanean de izquierda a derecha, y las líneas impares se escanean de derecha a izquierda. Los experimentos han demostrado que esto reduce la banda de transmisión de radio.
La tabla muestra el ancho de banda para la transmisión de video con una relación pico de señal a ruido en el lado del receptor de más de 30 dB (el promedio y los peores resultados se muestran de acuerdo con los resultados de cientos de experimentos para cada escenario).
La calidad de transmisión, es decir, el indicador
de Número efectivo de bits (ENOB) , depende de la distancia entre la videocámara y el receptor de señal. El diagrama muestra los resultados de un experimento de laboratorio a una distancia de 4 a 16 pies (1.22 a 4.88 m). Por ejemplo, también se ofrece una comparación de la calidad de la trama con diferentes pérdidas (ENOB de 3 a 7 bits).
En el laboratorio de sistemas de sensores, han estado experimentando durante mucho tiempo, utilizando retrodispersión en varios microcircuitos. Anteriormente, desarrollaron la plataforma de código abierto
WISP (Wireless Identification and Sensing Platform) . Estos son sensores RFID EPC Clase 1 Generación 2 en una plataforma de código abierto con un controlador programable de 16 bits que es compatible con varios sensores. Transmite datos a través del escáner RFID de alta frecuencia UHF RFID y recibe energía de él, es decir, no necesita baterías en absoluto. A diferencia de las RFID convencionales, en la plataforma WISP, las etiquetas RFID están programadas para ejecutar programas informáticos arbitrarios.
Plataforma WISPLos dispositivos en miniatura casi no consumen energía, por lo tanto, son ideales para trabajar en sistemas de monitoreo, cámaras de videovigilancia, dispositivos portátiles, etc. Se puede encontrar más información sobre el “WiFi pasivo” en artículos científicos publicados previamente por especialistas de la Universidad de Washington:
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