本文档属于类型a，即一篇关于原始研究的学术论文。以下是对该研究的详细介绍：
本研究的作者为Mika Pulkkinen和Kari Halonen。Mika Pulkkinen来自芬兰赫尔辛基的CoreHW Oy公司，Kari Halonen则隶属于芬兰阿尔托大学电子与纳米工程系。该研究发表在2023年4月的IEEE Transactions on Circuits and Systems—I: Regular Papers期刊上（第70卷，第4期）。
本研究的主要科学领域是无线通信中的超低功耗（Ultra-Low Power, ULP）发射机设计，特别是针对调制方式对发射机能效的影响进行深入探讨。随着无线设备的普及，其供电方式（如电池、可充电电池或能量收集器）限制了可用的能量。因此，如何降低无线设备的功耗和能耗成为一个重要课题。无线电设备（尤其是传感器节点中的发射机）在整个设备中消耗了相当大比例的功率，因此设计和研究人员致力于开发功耗低于1毫瓦的发射机和接收机。本研究的目标是通过比较不同的调制方式（如OOK、BPSK、BFSK、PPM和DPPM）的能效，提出一种新的发射机能效评价指标（Figure of Merit, FOM），并设计一个能效极高的DPPM发射机。
研究首先比较了OOK（On-Off Keying，开关键控）、BPSK（Binary Phase-Shift Keying，二进制相移键控）、BFSK（Binary Frequency-Shift Keying，二进制频移键控）、PPM（Pulse-Position Modulation，脉冲位置调制）和DPPM（Differential Pulse-Position Modulation，差分脉冲位置调制）的能效。比较的核心是这些调制方式对载波合成器和功率放大器（PA）综合能耗的影响。研究发现，OOK、BPSK和BFSK的每比特能耗比PPM和DPPM高出数十到数百个百分点。
研究提出了一个新的能效评价指标FOM，该指标综合考虑了功耗、输出功率、数据速率、信号带宽以及调制所需的信噪比（SNR）。与以往的能效指标不同，新的FOM能够更公平地比较不同调制方式、数据速率、功耗和输出功率的发射机。
研究设计了一个工作在433 MHz频段的DPPM发射机，以及一个3.2微瓦的两轴手势传感器接口，均采用0.18微米CMOS工艺实现。该发射机使用脉冲整形来改善频谱，并实现了-189.7 dBJ/bit的FOM，其上行链路范围估计可达1千米。
研究结果显示，OOK、BPSK和BFSK的每比特能耗显著高于PPM和DPPM。特别是在PA不主导功耗的情况下，调制方式的活动比率（Active Ratio）和每比特的活动时间对其能效有显著影响。M进制调制由于其较低的活动比率，表现出更高的能效。
新的FOM成功应用于各种调制方式的发射机比较，特别是在ULP发射机中，PPM和DPPM表现出更高的能效。FOM的引入为发射机的能效评价提供了一个更全面的工具。
设计的DPPM发射机在连续模式下功耗仅为1.56微瓦，在433 MHz频段工作，使用脉冲整形来减少频谱旁瓣的功率。实验结果表明，该发射机在48位DPPM编码数据包传输时的功耗为1.56微瓦，数据速率为2.27 kbps，达到了-189.7 dBJ/bit的FOM，上行链路范围可达1千米。
本研究通过比较不同调制方式的能效，提出了新的能效评价指标FOM，并设计了一个能效极高的DPPM发射机。研究结果表明，PPM和DPPM在ULP发射机中具有显著的能效优势，特别是在PA不主导功耗的情况下。新的FOM为发射机的能效评价提供了更全面的工具，具有重要的科学和工程应用价值。
研究还详细讨论了DPPM发射机的硬件实现，包括射频振荡器、功率放大器和调制器的设计，以及其在连续模式和分组模式下的性能测试。此外，研究还提出了如何通过脉冲整形来减少频谱旁瓣的功率，进一步优化发射机的性能。
该研究为超低功耗无线通信设备的能效优化提供了重要的理论支持和实践指导，具有广泛的应用前景。