Väitös mikro- ja nanoelektroniikkasuunnittelun alalta, DI Tuomas Haapala

DI Tuomas Haapala väittelee maanantaina 10.5.2021 klo 12 Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulussa, elektroniikan ja nanotekniikan laitoksella. Väitöskirjan nimi on "Microwatt integrated radio transceiver circuits for aggressively duty-cycled wireless networks".

Vastaväittäjä: Dr. Alison Burdett, Sensium Healthcare, Oxford, UK
Vastuuprofessori: Prof. Kari Halonen, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, elektroniikan ja nanotekniikan laitos

Väitöstilaisuus järjestetään etäyhteydellä Zoomissa, jonne voi liittyä vapaasti: https://aalto.zoom.us/j/63278674941
Zoom pikaopas: https://www.aalto.fi/fi/palvelut/zoom-pikaopas

Linkki väitöskirjan sähköiseen esittelykappaleeseen: https://aaltodoc.aalto.fi/doc_public/eonly/riiputus/

Sähkötekniikan korkeakoulun väitöskirjat: https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/53

Väitöstiedote:

Älypuhelin, palohälytin ja kaukosäädin ovat esimerkkejä kodin langattomista sähkölaitteista. Ne saavat tarvitsemansa käyttötehon yleensä paristoista tai uudelleen ladattavasta akusta.

Paristojen sijaan langaton sähkölaite voi ottaa käyttötehonsa myös energiakeräimestä kuten valokennosta. Tällaiset energiakeräimillä toimivat sähkölaitteet säästävät pariston vaihtamisen hinnan ja vaivan lisäksi ympäristöä, sillä vanhat akut ja paristot ovat ongelmajätettä. Nappipariston kokoinen valokenno tuottaa kuitenkin ainoastaan joitain mikrowatteja tehoa toimistovalaistuksessa. Sähkölaitteen keskimääräinen tehonkulutus onkin saatava painettua mikrowattitasolle, jotta energiaomavaraisuus on mahdollista saavuttaa.

Yksi keskeisimmistä esteistä saavuttaa riittävän alhainen tehonkulutus on radiolähetinvastaanotin, joka kuluttaa yleensä huomattavasti mikrowatteja enemmän tehoa. Eräs tapa pudottaa tehonkulutusta merkittävästi on yksinkertaisesti pitää radiopiiri pitkiä aikoja poissa päältä. Tätä kutsutaan jaksottamiseksi. Radiopiiriä agressiivisesti jaksottaessa ongelmaksi nousevat toistuvat käynnistämiset: käynnistyessään radiopiiri kuluttaa tehoa ja voi esimerkiksi joutua etsimään langattoman verkon aina uudestaan. Käynnistymistä jouduttavat tekniikat kuluttavat itsessään tehoa ja voivat lisäksi huonontaa radiosignaalin laatua.

Väitöskirjassa esitellään mikrowatteja kuluttava impulssiradiolähetin, jonka toiminta on äärimmilleen jaksotettua. Impulssiradiolähettimen ketjureaktiomainen toimintaperiaate muistuttaa dominopalikoita. Dominopalikkajonon kaatamisen lailla myös kehitetyn radiopiirin käynnistymiseen riittää pieni sysäys. Impulssiradiolähettimen kehittämisen yhteydessä on parannettu tämän radiotyypin ohjelmoitavuutta, toimintavakautta ja signaalin laatua. Toisekseen tässä tutkimuksessa on kehitetty menetelmä, joka mahdollistaa hyvin pitkään horroksessa olleiden radiopiirien nopean kytkeytymisen takaisin langattomaan verkkoon. Menetelmässä poistetaan lämpötilamuutosten ja ikääntymisen aiheuttamat taajuusvirheet radiopiirissä, mikä helpottaa langattoman verkon löytämistä nopeasti.

Tässä väitöskirjassa esitetyt mikrowattiluokan radiopiirit vievät osaltaan tekniikan tasoa kohti energiaomavaraisia langattomia sähkölaitteita. Tällaisia huoltovapaita ja ympäristöystävällisiä langattomia laitteita voidaan käyttää esimerkiksi älykkäiden ympäristöjen ja logistiikkaketjujen tunnisteissa ja antureissa, kuten lämpötila-, rasitus-, ja läsnäoloantureissa sekä varashälyttimissä.

Väittelijän yhteystiedot: