Para satisfacer la creciente demanda de tecnología móvil ultrarrápida, los gigantes tecnológicos crean cada año dispositivos más rápidos y potentes con una batería más potente que los modelos anteriores.
La principal razón por la que empresas como Apple y Samsung pueden lograr milagrosamente estos resultados año tras año es que los ingenieros y científicos de todo el mundo están diseñando microchips cada vez más eficientes desde el punto de vista energético que aún rinden resultados. altas velocidades.
Con este fin, los científicos dirigidos por un equipo de la Universidad Brigham Young acaban de construir el análogo más rápido y con mayor eficiencia energéticaconvertidor digital (ADC) microchip. ADC es una pequeña tecnología que se encuentra en casi todos los equipos electrónicos que convierte señales analógicas (como ondas de radio) en una señal digital.
ADC formado por el profesor BYU Wood Chiang, Ph.D. el estudiante Eric Swindlehurst y sus colegas usan solo 21 mil millones de vatios de potencia a 10 GHz para la comunicación inalámbrica de banda ultra ancha; Los ADC actuales consumen cientos de miles de millones o incluso vatios de potencia a velocidades comparables. El ADC fabricado en BYU tiene la eficiencia energética más alta disponible actualmente en el mundo, lo que es un récord por un margen considerable.
“Muchos grupos de investigación de todo el mundo se centran en ADC; es como competir por quién puede construir el automóvil más rápido y económico del mundo ”, dijo Chiang. “Es muy difícil vencer a todos en el mundo, pero lo logramos”.
El principal desafío para investigadores como Chiang es que aumentar el ancho de banda en los dispositivos del sistema de comunicación significa que los circuitos utilizan más energía. Chiang, Swindlehurst y su equipo se propusieron resolver el problema centrándose en una parte clave del circuito ADC llamada DAC, que es el componente central que representa la inversión exacta del ADC: el convertidor digital a analógico.
Para los expertos en tecnología, aquí hay una explicación amplia de lo que hizo el equipo de investigación:
Hicieron que el convertidor fuera más rápido y más eficiente al reducir la carga del DAC al escalar tanto el área paralela de la placa del capacitor como el espaciado. También agruparon los condensadores unitarios de manera diferente a la forma convencional, agrupando los condensadores unitarios que forman parte del mismo bit en el DAC, en lugar de intercalarlos a lo largo de su longitud. De esta manera, la capacidad parásita de la placa inferior se redujo tres veces, reduciendo significativamente el consumo de energía mientras aumentaba la velocidad.
Finalmente aplicaron un interruptor de arranque, pero lo mejoraron para crear una ruta dual donde cada ruta se puede optimizar de forma independiente. Este método aumenta la velocidad pero no requiere hardware adicional, ya que implica compartir dispositivos existentes y redireccionar el circuito.
Patrocinado por el Ministerio de Ciencia de Taiwán y un consorcio de empresas de tecnología, el proyecto duró cuatro años: tres años para diseñar el chip y un año para probarlo. El equipo, que incluía a colegas de la Universidad Nacional Yang Ming Chiao Tung en Taiwán y la Universidad de California en Los Ángeles, publicó detalles del proyecto en Revista IEEE de circuitos de estado sólido a principios de este año, cuyo autor principal fue Swindlehurst.
“Hemos probado la tecnología de chips en BYU y no hay duda sobre la efectividad de esta técnica en particular”, dijo Chiang. “Este trabajo realmente amplía los límites de lo que es posible y resultará en muchos beneficios para los consumidores. Con esta tecnología, su Wi-Fi mejorará, tendrá velocidades de carga y descarga más rápidas, y podrá ver 4K o incluso 8K con poca o ninguna latencia mientras mantiene la duración de la batería “.
Chiang dijo que otros usos probables de los ADC incluyen vehículos autónomos (que usan una tonelada de ancho de banda inalámbrico), dispositivos portátiles inteligentes como gafas o lentes de contacto inteligentes, e incluso cosas como dispositivos implantables.
El dispositivo requería un diseño y una verificación sofisticados para garantizar que las miles de conexiones del convertidor funcionaran correctamente. Un solo error en el diseño tomaría al menos un año más para corregirlo, por lo que el equipo estaba emocionado de no cometer ningún error.
“Es como construir una pequeña ciudad. Hay tantos detalles que se han incluido en este diseño ”, dijo Chiang. “El equipo de estudiantes hizo un gran trabajo: todas las piezas encajaron perfectamente para hacer realidad esta hazaña de ingeniería. Tengo la suerte de haber trabajado con estudiantes tan talentosos en BYU.
Eric Swindlehurst et al, convertidor SAR intercalado en el tiempo de 8 bits, 10 GHz y 21 mW con condensadores DAC e interruptor de arranque de doble ruta Revista IEEE de circuitos de estado sólido (2021). DOI: 10.1109 / JSSC.2021.3057372
Entregado por
Universidad Brigham Young