Spark Microsystems stellt UWB-Transceiver für ultra-energiesparende, latenzarme IoT vor

Während Ultra-Wide Band (UWB) traditionell für präzises Ranging vermarktet wurde, hat das in Montreal ansässige Spark Microsystems die Technologie neu gedacht, um batterielose IoT-Sensoren mit ultra-niedrigem Stromverbrauch und Latenz zu betreiben.

Das Unternehmen kündigte die SR1000-Serie an, ein Paar Low-Power-UWB-Transceiver, die 1 kB Daten in nur 50 µs übertragen können – über zehnmal schneller als Bluetooth Low Energy (BLE) und bei 1 Mbps mit 40-fach geringerem Stromverbrauch. Mit einem Spitzen-Durchsatz von 10 Mbps eignet sich der SR1000 gut für bandbreitenhungrige Anwendungen wie Video- und High-Fidelity-Audio-Streaming.

Diese Chips eröffnen drahtlose Lösungen, die heute Kabel benötigen, um strikte Latenz- und Strombudgets zu erfüllen. Gaming-Peripherie, AR/VR-Headsets, Smart-Home-Hubs und batterielose Sensoren profitieren von der Kombination aus niedrigem Stromverbrauch, kurzer Verzögerung und hohen Datenraten.

Im Gegensatz zu anderen Protokollen, die die lizenzierten 2,4-GHz- oder 5-GHz-Bänder bevölkern, arbeitet der SR1000 im unlizenzierten 3,1-GHz-10,6-GHz-Spektrum. Durch Streuung der Energie über ein breites Band bei niedriger Dichte (–41,3 dBm/MHz) minimiert der UWB-Ansatz Interferenzen und verbessert die Koexistenz mit Wi-Fi, Bluetooth und Zigbee-Geräten.

Kurzpuls-Übertragungen, keine Trägerwellen

Mitgründer und CTO Frederic Nabki erklärt, dass konventionelle Radios auf modulierten Trägerfrequenzen basieren, die komplexe Startschaltungen erfordern und signifikant Strom verbrauchen. Sparks Design ersetzt den Träger durch 2-Nanosekunden-Pulse – so können Sender und Empfänger in Mikrosekunden ein- und ausgeschaltet werden, was lange Aufwärmzeiten eliminiert und Latenz reduziert.

Die kurzen Pulse erfordern eine sehr große Bandbreite, erlauben aber auch den Betrieb mit einem stromsparenden 32-kHz-Quarzkristall, wie er in Armbanduhren vorkommt. Diese Wahl senkt den Stromverbrauch sowohl auf Transceiver- als auch auf Systemebene.

Nabki merkt an, dass die eigentliche Herausforderung die Synchronisation von Sender und Empfänger in 50-µs-Zyklen war. Durch Nutzung eines Low-Power-Kristalls und benutzerdefinierter Timing-Logik erreichte Spark präzise Synchronisation ohne starke Abhängigkeit von Trägerstabilisierung.

Koexistenz ist ein weiterer Schlüsselvorteil. Die Emissionen des SR1000 sind etwa 1.000-mal niedriger als Wi-Fi und 100-mal niedriger als Bluetooth, sodass andere Radios es als Hintergrundrauschen wahrnehmen statt als Interferenz. Spark hat auch proprietäre Ablehnungstechniken eingebaut, um gegen Schmalband-Interferenzen von Wi-Fi 6 und Mobilfunksignalen zu schützen.

Aktuell besteht die SR1000-Serie aus zwei pin-identischen Varianten: SR1010 für 3,1 GHz–6 GHz und SR1020 für 6 GHz–9,5 GHz. Beide unterstützen Ranging, Positionierung und Low-Latency-Datenlinks. Evaluierungsboards und Referenzdesigns stehen zur Beschleunigung des Prototypings bereit.

Jenseits von Ranging: Ultra-Low-Power-Datenübertragung

Nabki betont, dass UWB oft mit Positionierung assoziiert wird, das wahre Versprechen jedoch in der Datenkommunikation liegt. Der SR1000 kann wenige Mikrowatt Leistung übertragen und dabei 10 Mbps liefern – ideal für kontinuierliches, batterieloses Sensing.

CEO Fares Mubarak hebt die Strom- und Latenzvorteile hervor: „Wir sind 40× stromsparender als BLE, 20× als Bluetooth 5.2 und 60× latenzärmer. Unsere 50 µs Luftzeit für 1 kB übertrifft jeden bestehenden Standard.“ Er merkt auch an, dass die UWB Time-of-Flight-Genauigkeit bei sehr niedriger Leistung 30 cm erreichen kann, ein Chip der zweiten Generation soll dies auf 10 cm verbessern.

Potenzielle Anwendungen umfassen Gaming (sub-millisekunden Latenz verbessert Responsivität), Audio (sub-5 ms Latenz für unkomprimierten Sound), Smart Homes (batterielose Bewegungs- und Türsensoren reduzieren Wartung) und Automotive (langlebige Reifendruck- und Key-Fob-Systeme).

Da UWB-Adoption wächst – getrieben durch Decawave, NXP und Apples U1-Chip – bietet Sparks Ansatz eine deutlich stromsparendere, bandbreitenreichere Alternative, die einen neuen Standard für Personal-Area und Body-Area Networking setzen könnte.