لتلبية الطلب المتزايد على الهواتف المحمولة السريعة للغاية التكنلوجيا، يقوم عمالقة التكنولوجيا كل عام بإنشاء أجهزة أسرع وأكثر قوة مع طاقة بطارية تدوم لفترة أطول من الطرازات السابقة.
السبب الرئيسي وراء قيام شركات مثل Apple و Samsung بإيقاف هذا بأعجوبة عامًا بعد عام هو أن المهندسين والباحثين في جميع أنحاء العالم يصممون بشكل متزايد رقاقات دقيقة ذات كفاءة عالية في استهلاك الطاقة ولا تزال تقدم سرعات عالية.
تحقيقًا لهذه الغاية ، قام باحثون بقيادة فريق في جامعة بريغهام يونغ ببناء أكثر أنظمة التناظرية الرقمية عالية السرعة كفاءة في استهلاك الطاقة في العالم محول (ADC) رقاقة. ADC هي قطعة صغيرة من التكنولوجيا موجودة في كل قطعة إلكترونية تقريبًا من المعدات التي تحول الإشارات التناظرية (مثل موجة الراديو) إلى إشارة رقمية.
أنشأ ADC الأستاذ وود شيانغ بجامعة BYU ، دكتوراه. يستهلك الطالب إريك سويندلهيرست وزملاؤه 21 ملي واط فقط من الطاقة بتردد 10 جيجاهرتز للاتصالات اللاسلكية فائقة الاتساع ؛ تستهلك ADCs الحالية مئات الملي واط أو حتى واط من الطاقة بسرعات مماثلة. يتمتع ADC المصنوع من BYU بأعلى كفاءة في استهلاك الطاقة متاحة حاليًا على مستوى العالم ، وهو رقم قياسي يحتفظ به بهامش كبير.
تركز العديد من مجموعات البحث في جميع أنحاء العالم على ADCs ؛ قال تشيانج: "إنها مثل المنافسة حول من يمكنه بناء أسرع سيارة في العالم وأكثرها كفاءة في استهلاك الوقود". "من الصعب للغاية التغلب على أي شخص آخر في جميع أنحاء العالم ، لكننا تمكنا من فعل ذلك."
التحدي المركزي الذي يواجه الباحثين مثل تشيانج هو أن زيادة عرض النطاق الترددي داخل أجهزة أنظمة الاتصالات تعني الدوائر التي تستهلك المزيد من الطاقة. شرع Chiang و Swindlehurst وفريقهم في حل المشكلة من خلال التركيز على جزء رئيسي من ADC الدارة الكهربائية تسمى DAC ، وهي قطعة مركزية تمثل العكس الدقيق لـ ADC: المحول الرقمي إلى التناظري.
للذكاء التكنولوجي ، إليك شرح واسع لما فعله فريق البحث:
لقد جعلوا المحول أسرع وأكثر كفاءة عن طريق تقليل التحميل من DAC عن طريق توسيع نطاق كل من مكثف مساحة اللوحة المتوازية والتباعد. قاموا أيضًا بتجميع مكثفات الوحدات بشكل مختلف عن الطريقة التقليدية، حيث قاموا بتجميع مكثفات الوحدات التي تشكل جزءًا من نفس البت في DAC بدلاً من جعلها متداخلة طوال الوقت. يؤدي القيام بذلك إلى خفض السعة الطفيلية للوحة السفلية بمقدار ثلاث مرات، مما يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة مع زيادة السرعة.
أخيرًا ، استخدموا مفتاحًا تم تشغيله ولكن تم تحسينه من خلال جعله ثنائي المسار حيث يمكن تحسين كل مسار بشكل مستقل. تزيد هذه الطريقة من السرعة ولكنها لا تتطلب أجهزة إضافية لأنها تتضمن تقسيم الأجهزة الموجودة وإجراء تغييرات على المسار في الدائرة.
وقال تشيانغ: "لقد أثبتنا تقنية الرقاقة هنا في جامعة بريغهام يونغ وليس هناك شك حول فعالية هذه التقنية بالذات". "هذا العمل يدفع حقًا إلى تجاوز حدود ما هو ممكن وسيؤدي إلى توفير الكثير من وسائل الراحة للمستهلكين. لك واي فاي ستستمر في التحسن بفضل هذه التقنية، وستتمتع بسرعات تحميل وتنزيل أسرع ويمكنك مشاهدة 4K أو حتى 8K مع تأخير بسيط أو بدون تأخير مع الحفاظ على عمر البطارية.
قال تشيانغ إن التطبيقات الأخرى المحتملة لـ ADC تشمل المركبات ذاتية القيادة (التي تستخدم الكثير من النطاق الترددي اللاسلكي) ، والأجهزة الذكية القابلة للارتداء مثل النظارات أو العدسات اللاصقة الذكية ، وحتى أشياء مثل الأجهزة القابلة للزرع.
تطلب الجهاز تصميمًا وتحققًا متطورًا للتأكد من أن جميع آلاف الوصلات في محول سيعمل بشكل صحيح. كان من الممكن أن يستغرق خطأ واحد في التصميم عامًا إضافيًا على الأقل لتصحيحه ، لذلك كان الفريق سعيدًا لعدم ارتكاب أي أخطاء.