Caméscope HD sans fil ASIC. Photo: Université de WashingtonLa rétrodiffusion est un phénomène physique dans lequel les ondes, les particules ou les signaux sont réfléchis dans la direction opposée, c'est-à-dire vers la source. Il est traditionnellement utilisé en astronomie, photographie et échographie. Mais il s'avère que ce phénomène peut être utilisé pour l'électronique, les capteurs et les émetteurs radio.
Le
laboratoire des systèmes de capteurs de l'Université de Washington
a développé un
module vidéo HD qui transmet des flux vidéo 720p et 1080p à 60 FPS avec une consommation électrique de 321 et 806 μW, respectivement. C'est
1 000 à 1 000 000 fois moins que les caméras sans fil existantes. En d'autres termes, le module aura suffisamment d'énergie extraite de l'environnement (WiFi, lumière, vibration, différence de température, rayonnement micro-ondes, etc.).
Cet objectif a été atteint en éliminant les composants électroniques «inutiles» de l'appareil, y compris l'ADC et l'encodeur vidéo. Le signal du capteur est transmis sous forme analogique via un modulateur de largeur d'impulsion avec rétrodiffusion.
Imaginez que nous ayons une caméra vidéo sans fil, par exemple, une caméra vidéo de surveillance, des lunettes intelligentes ou un autre gadget de l'Internet des objets. En bref, un caméscope sans fil fonctionne comme suit:
- les photons arrivent aux photodiodes de la matrice photosensible, qui convertissent la lumière en une charge électrique;
- l'amplificateur à faible bruit (LNA) amplifie le signal;
- le module de contrôle automatique de gain (AGC) vérifie que le signal résultant ne dépasse pas la plage traitée par le convertisseur analogique-numérique (ADC ou ADC);
- L'ADC effectue la discrétisation et convertit les surtensions analogiques sous forme numérique;
- un encodeur vidéo comprime un signal vidéo numérique;
- un émetteur radio transmet un signal vidéo numérique à la base.
La part du lion de la consommation d'énergie dans un tel gadget ne tombe pas sur le capteur photosensible, mais sur le reste de l'électronique. Il a été prouvé que le capteur 128 × 128 lui
- même
peut fonctionner à seulement 1,2 microwatts .
Ainsi, les ingénieurs du laboratoire des systèmes de capteurs afin de réduire la consommation d'énergie ont
amené l'ADC avec d'autres composants électroniques à l'extérieur du module .
Schéma d'une caméra vidéo conventionnelle avec un émetteur de signal numérique
Schéma d'une caméra vidéo avec un émetteur de signal analogique par rétrodiffusion, où le reste de l'électronique est en dehors du moduleComme vous pouvez le voir, un amplificateur à faible bruit (LNA), un module de régulation automatique (AGC), un convertisseur analogique-numérique (ADC) et un encodeur vidéo sont transférés de la partie mobile vers le côté récepteur. Au lieu d'un émetteur radio conventionnel, un modulateur de largeur d'impulsion (PWM) avec rétrodiffusion est utilisé.
Circuit de modulation de largeur d'impulsion de rétrodiffusionFait intéressant, PWM
comprime également
le signal analogique dans les trames de référence. L'idée est que les valeurs des pixels voisins diffèrent peu les unes des autres. Par conséquent, au lieu du balayage ligne par ligne habituel de la matrice, un balayage en zigzag a été implémenté ici, lorsque les lignes paires sont balayées de gauche à droite et les lignes impaires sont balayées de droite à gauche. Des expériences ont montré que cela réduit la bande de transmission radio.
Le tableau montre la bande passante pour la transmission vidéo avec un rapport signal / bruit de crête du côté récepteur de plus de 30 dB (les résultats moyens et les pires sont présentés en fonction des résultats de centaines d'expériences pour chaque scénario).
La qualité de transmission, c'est-à-dire l'indicateur
du nombre effectif de bits (ENOB) , dépend de la distance entre le caméscope et le récepteur de signal. Le diagramme montre les résultats d'une expérience de laboratoire à une distance de 4 à 16 pieds (1,22 à 4,88 m). Par exemple, une comparaison de la qualité de la trame à différentes pertes (ENOB de 3 à 7 bits) est également donnée.
Au laboratoire des systèmes de capteurs, ils expérimentent depuis longtemps, en utilisant la rétrodiffusion dans divers microcircuits. Auparavant, ils ont développé la plateforme open source
WISP (Wireless Identification and Sensing Platform) . Il s'agit de capteurs RFID EPC Classe 1 Génération 2 sur une plate-forme open source avec un contrôleur programmable 16 bits compatible avec divers capteurs. Il transmet des données via le scanner RFID haute fréquence RFID UHF et en reçoit l'énergie, c'est-à-dire qu'il n'a pas besoin de piles du tout. Contrairement aux RFID classiques, sur la plate-forme WISP, les étiquettes RFID sont programmées pour exécuter des programmes informatiques arbitraires.
Plateforme WISPLes appareils miniatures ne consomment presque pas d'énergie, ils sont donc parfaitement adaptés au travail dans les systèmes de surveillance, les caméras de vidéosurveillance, les gadgets portables, etc. En général, l'utilisation de la rétrodiffusion dans l'électronique peut conduire au fait qu'à l'avenir, de nombreux appareils mobiles se débarrasseront des batteries. Plus d'informations sur le «WiFi passif» peuvent être trouvées dans des articles scientifiques précédemment publiés par des spécialistes de l'Université de Washington:
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