Spark Microsystems、超低消費電力・低レイテンシIoT向けUWBトランシーバを発表

超広帯域（UWB）は従来、高精度測位向けに売り込まれてきましたが、モントリオール拠点のSpark Microsystemsはこの技術を再考し、超低レイテンシと消費電力で電池不要のIoTセンサを駆動するソリューションへと転換させました。

同社が発表したSR1000シリーズは、一対の低消費電力UWBトランシーバで、1 kBのデータをわずか50 µsで伝送可能。これはBluetooth Low Energy（BLE）の10倍以上の速度で、1 Mbps動作時の消費電力は40分の1です。ピークスループット10 Mbpsにより、ビデオや高音質オーディオストリーミングなど帯域幅を必要とするアプリケーションにも適しています。

これらのチップは、現在ケーブル接続が必須とされる厳格なレイテンシと電力予算を満たすワイヤレスソリューションへの道を開きます。ゲーム周辺機器、AR/VRヘッドセット、スマートホームハブ、電池不要センサなどが、低消費電力、短遅延、高データレートの組み合わせから恩恵を受けます。

ライセンス帯域である2.4 GHzや5 GHz帯が混雑する他プロトコルとは異なり、SR1000は非ライセンスの3.1 GHz〜10.6 GHzスペクトラムで動作。広帯域に低密度（-41.3 dBm/MHz）でエネルギーを拡散することで、干渉を最小化し、Wi-Fi、Bluetooth、Zigbeeデバイスとの共存性を向上させています。

SR1000シリーズの概要

キャリア波ではなく短パルス伝送

共同創業者兼CTOのフレデリック・ナブキ氏は、従来の無線が変調キャリア周波数に依存し、複雑な起動回路と多大な電力を必要とすることを指摘。Sparkの設計ではキャリアを2ナノ秒パルスに置き換え、送信機と受信機をマイクロ秒単位でオン/オフ可能にすることで、長いウォームアップ時間を排除しレイテンシを低減しています。

短パルスは非常に広い帯域幅を必要としますが、腕時計に使われるような低消費電力32 kHz水晶発振子で動作可能。この選択により、トランシーバとシステムレベルの両方で消費電力を削減しています。

短パルス伝送の概念図

ナブキ氏によれば、真の課題は送信機と受信機を50 µsサイクルで同期させることでした。低消費電力水晶とカスタムタイミングロジックを活用し、キャリア安定化に大きく依存せずに精密な同期を実現しています。

共存性も大きな利点です。SR1000の放射電力はWi-Fiの約1,000分の1、Bluetoothの約100分の1であり、他の無線機からは背景ノイズとして認識されます。また、Wi-Fi 6や携帯信号からの狭帯域干渉を防ぐ独自の除去技術も実装しています。

現在、SR1000シリーズはピン互換の2バリアントで構成：3.1〜6 GHz帯向けSR1010と、6〜9.5 GHz帯向けSR1020。両方とも測位、ポジショニング、低レイテンシデータリンクをサポートし、評価ボードとリファレンスデザインでプロトタイピングを加速できます。

測位を超えて：超低消費電力データ転送

ナブキ氏は、UWBが測位と結びつけられがちだが、真の可能性はデータ通信にあると強調。SR1000は数マイクロワットの電力で10 Mbpsを伝送可能で、連続的な電池不要センシングに最適です。

CEOのファレス・ムバラク氏は電力とレイテンシの優位性を強調：「BLE比で40分の1の消費電力、Bluetooth 5.2比で20分の1、レイテンシは60分の1。1 kBを50 µsで伝送するエアタイムは既存規格を凌駕します。」また、UWBの飛行時間精度は極低電力で30 cmに達し、第2世代チップでは10 cmへの向上が見込まれています。

応用分野は多岐にわたります。サブミリ秒レイテンシが応答性を高めるゲーム、サブ5 msレイテンシで非圧縮サウンドを届けるオーディオ、電池不要のモーション/ドアセンサでメンテナンスを削減するスマートホーム、長寿命タイヤ空気圧監視とキーフォブシステムを実現する自動車などです。

Decawave、NXP、AppleのU1チップなどによってUWB採用が拡大する中、Sparkのアプローチは著しく低消費電力かつ高帯域幅の代替案を提示し、パーソナルエリアおよびボディエリアネットワーキングの新標準となり得ます。

SR1000の応用例