Câmera de vídeo sem fio ASIC HD. Foto: Universidade de WashingtonA retroespalhamento é um fenômeno físico no qual ondas, partículas ou sinais são refletidos na direção oposta, isto é, em direção à fonte. É tradicionalmente usado em astronomia, fotografia e ultra-som. Mas acontece que esse fenômeno pode ser usado para eletrônicos, sensores e transmissores de rádio.
O
laboratório de sistemas de sensores da Universidade de Washington desenvolveu um
módulo de vídeo HD que transmite fluxos de vídeo de 720p e 1080p para 60 FPS com consumo de energia de 321 e 806 μW, respectivamente. Isso
é 1.000-1.000.000 vezes menor que as câmeras sem fio existentes. Em outras palavras, o módulo terá energia suficiente extraída do ambiente (WiFi, luz, vibração, diferença de temperatura, radiação de microondas, etc.).
Isso foi alcançado através da eliminação de componentes eletrônicos “desnecessários” do dispositivo, incluindo o ADC e o codificador de vídeo. O sinal do sensor é transmitido em forma analógica através de um modulador de largura de pulso com retroespalhamento.
Imagine que temos uma câmera de vídeo sem fio, por exemplo, uma câmera de vigilância, óculos inteligentes ou outro dispositivo da Internet das coisas. Em resumo, uma câmera de vídeo sem fio funciona da seguinte maneira:
- os fótons chegam aos fotodiodos da matriz fotossensível, que convertem a luz em uma carga elétrica;
- amplificador de baixo ruído (LNA) amplifica o sinal;
- o módulo de controle automático de ganho (AGC) verifica se o sinal resultante não excede o intervalo processado pelo conversor analógico-digital (ADC ou ADC);
- O ADC realiza discretização e converte surtos de tensão analógicos em formato digital;
- um codificador de vídeo comprime um sinal de vídeo digital;
- um transmissor de rádio transmite um sinal de vídeo digital para a base.
A maior parte do consumo de energia desse dispositivo não recai sobre o sensor fotossensível, mas sobre o restante dos eletrônicos. Está provado que o próprio sensor 128 × 128
pode operar com apenas 1,2 microwatts .
Assim, engenheiros do laboratório de sistemas de sensores, a fim de reduzir o consumo de energia,
trouxeram o ADC junto com outros componentes eletrônicos para fora do módulo .
Diagrama de uma câmera de vídeo convencional com um transmissor de sinal digital
Diagrama de uma câmera de vídeo com um transmissor de sinal analógico por retrodispersão, onde o restante da eletrônica está fora do móduloComo você pode ver, um amplificador de baixo ruído (LNA), um módulo de regulação automática (AGC), um conversor analógico-digital (ADC) e um codificador de vídeo são transferidos da parte móvel para o lado do receptor. Em vez de um transmissor de rádio convencional, é usado um modulador de largura de pulso (PWM) com retroespalhamento.
Circuito do modulador de largura de pulso de retroespalhamentoCuriosamente, o PWM também
comprime o sinal analógico nos quadros de referência. A idéia é que os valores dos pixels vizinhos diferem pouco um do outro. Portanto, em vez da varredura linha a linha usual da matriz, uma varredura em zigue-zague foi implementada aqui, quando as linhas pares são varridas da esquerda para a direita e as linhas ímpares são varridas da direita para a esquerda. Experiências mostraram que isso reduz a banda de transmissão de rádio.
A tabela mostra a largura de banda para transmissão de vídeo com uma taxa de pico de sinal / ruído no lado do receptor superior a 30 dB (os resultados médios e piores são mostrados de acordo com os resultados de centenas de experimentos para cada cenário).
A qualidade da transmissão, ou seja, o indicador
Número efetivo de bits (ENOB) , depende da distância entre a câmera de vídeo e o receptor de sinal. O diagrama mostra os resultados de uma experiência de laboratório a uma distância de 1,22 a 4,88 m (4 a 16 pés). Por exemplo, também é feita uma comparação da qualidade do quadro com diferentes perdas (ENOB de 3 a 7 bits).
No laboratório de sistemas de sensores, eles vêm experimentando há muito tempo, usando retrodispersão em vários microcircuitos. Anteriormente, eles desenvolveram a plataforma de código aberto
WISP (Wireless Identification and Sensing Platform) . Estes são sensores RFID EPC Classe 1 Geração 2 em uma plataforma de código aberto com um controlador programável de 16 bits que é compatível com vários sensores. Ele transmite dados através do scanner RFID de alta frequência UHF RFID e recebe energia dele, ou seja, não precisa de baterias. Ao contrário dos RFIDs convencionais, na plataforma WISP, as etiquetas RFID são programadas para executar programas de computador arbitrários.
Plataforma WISPOs dispositivos em miniatura quase não consomem energia; portanto, são ideais para trabalhar em sistemas de monitoramento, câmeras de vigilância por vídeo, aparelhos portáteis etc. Em geral, o uso de retrodispersão em eletrônicos pode levar ao fato de que, no futuro, muitos dispositivos móveis se livrarão das baterias. Mais informações sobre "WiFi passivo" podem ser encontradas em artigos científicos publicados anteriormente por especialistas da Universidade de Washington:
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