[EDITION ABONNES] Créée en 2013, la société de semi-conducteurs fabless InnoPhase, qui se définit comme un spécialiste des solutions IoT sans fil à « extrêmement faible consommation », lance deux modules radio Wi-Fi de 21,6 x 19,1 mm (avec microcontrôleur intégré) qui se caractérisent par leur sobriété record. ...Selon les données de la firme américaine, la consommation en mode actif de ces modules est de 32 mA en réception (à 1 Mbit/s selon le standard Wi-Fi 802.11b) et de 187 mA en émission (à 1 Mbit/s pour une puissance de +18 dBm), le tout pour une tension d’alimentation de 3,3 V. En mode sommeil profond avec rétention de la mémoire, la consommation est comprise entre 11 et 19 µA.

Présentés comme les modules Wi-Fi les plus sobres du moment, les Talaria TWO INP1010 (avec antenne imprimée) et INP1011 (avec connecteur d’antenne U.FL) s’appuient en fait sur la puce-système maison à cœur Arm Cortex-M3 d’InnoPhase qui se distingue par son architecture radio numérique innovante dite « polaire ». C’est ce bloc radio à 2,4 GHz qui garantirait cette consommation minimale tout en offrant une fonctionnalité SDR (Software Defined Radio) programmable.

Selon la société américaine, le problème le plus critique qui freine aujourd’hui la croissance des solutions IoT alimentées sur piles ou batteries est lié à la quantité d’énergie requise par les architectures de traitement du signal radio classiques. Architectures généralement bâties sur une technique RF vieille de 25 ans, la représentation des données de la forme d’onde radio en composants I et Q (en phase et quadrature) en l’occurrence. Les architectures I/Q de type analogique sont notamment mises en œuvre dans les standards Wi-Fi, Bluetooth ou Z-Wave.

Or, explique InnoPhase, les radios I/Q impliquent le traitement des signaux RF par de la circuiterie analogique qui, à la différence de la circuiterie numérique, pompe fortement sur l’énergie de la batterie et occupe une partie non négligeable de la surface silicium d’une puce de communication sans fil.

Sous le nom de PolaRFusion, la jeune société estime donc avoir développé une approche innovante dans la manière dont sont traités les signaux RF dans le sous-système radio. Le différentiateur clé est la façon dont la forme d’onde RF est codée et décodée avec des coordonnées polaires (amplitude et phase) plutôt qu’avec des coordonnées cartésiennes I/Q (voir illustration ci-dessous).

Afin de maximiser l’efficacité énergétique, InnoPhase a donc développé une architecture de « traitement des coordonnées polaires » dotée d’un jeu d’instruction optimisé qui repose sur des principes de mathématiques non linéaires et qui peut manipuler ces coordonnées polaires représentées numériquement. De plus, ajoute InnoPhase, lorsque le signal radio traverse l’émetteur/récepteur PolaRFusion, il peut être traité avec précision en utilisant des algorithmes logiciels et programmables. Il en ressort que des portions entières du bloc radio auparavant dominées par l’analogique ont été transférées dans le domaine numérique. InnoPhase a également implanté en circuits Cmos numériques un amplificateur à faible bruit flexible (flexLNA) et un amplificateur de puissance numérique (DPA).

La firme californienne a pu chiffrer les gains en consommation de cette approche. A titre d’exemple, par rapport aux solutions Wi-Fi à architecture I/Q les plus sobres du marché, les batteries des applications IoT pourraient durer de deux à huit fois plus longtemps.

Un autre avantage clé de l'architecture numérique PolaRFusion est lié au fait que les protocoles ne sont plus implémentés dans le silicium comme dans les radios I/Q traditionnelles, mais en tant que « personnalités » logicielles, indique encore InnoPhase Les ressources matérielles qui exécutent le protocole Wi-Fi peuvent ainsi changer dynamiquement de personnalité en chargeant un nouveau module protocolaire logiciel et devenir une radio Bluetooth Low Energy par exemple, puis revenir au Wi-Fi en quelques microsecondes en fonction des besoins de communication sans fil.

Dans la pratique, la puce-système multiprotocole Talaria TWO, que l’on trouve sur les modules INP1010 et INP 1011 d’InnoPhase, intègre donc le bloc radio PolaRFusion pouvant indifféremment émettre ou recevoir des signaux Wi-Fi 802.11b/g/n et BLE 5.0, ainsi qu’un cœur Arm Cortex-M3 cadencé à 80 MHz pour le contrôle système et les applications utilisateur, 512 Ko de SRam, 2 Mo de mémoire flash, ainsi que des éléments de sécurité évolués (PUF, moteurs de chiffrement, boot sécurisé) pour la protection des équipements.

Les modules, qui sont disponibles en France auprès du distributeur Mouser, peuvent fonctionner en mode autonome, ou en conjonction avec un microcontrôleur externe, ou bien encore en mode hybride avec les fonctions de contrôle système et les capacités de traitement réparties entre le module et le microcontrôleur externe. La solution d’InnoPhase cible plus particulièrement les objets et dispositifs alimentés sur pile ou batterie et directement connectés au cloud sur les marchés de la maison et du bâtiment intelligents comme les serrures de porte, les caméras de sécurité et autres capteurs connectés.