Um der steigenden Nachfrage nach blitzschnellen Mobiltelefonen gerecht zu werden Technologie, jedes Jahr entwickeln Technologiegiganten schnellere, leistungsstärkere Geräte mit länger anhaltender Batterieleistung als frühere Modelle.
Der Hauptgrund, warum Unternehmen wie Apple und Samsung dies Jahr für Jahr auf wundersame Weise schaffen können, liegt darin, dass Ingenieure und Forscher auf der ganzen Welt zunehmend energieeffizientere Mikrochips entwickeln, die immer noch hohe Geschwindigkeiten liefern.
Zu diesem Zweck haben Forscher unter der Leitung eines Teams der Brigham Young University gerade die weltweit energieeffizienteste Hochgeschwindigkeits-Analog-Digital-Technologie entwickelt Konverter (ADC) Mikrochip. Ein ADC ist eine winzige Technologie, die in fast jedem elektronischen Gerät vorhanden ist und analoge Signale (wie eine Funkwelle) in ein digitales Signal umwandelt.
Der ADC wurde von BYU-Professor Wood Chiang, Ph.D. Der Student Eric Swindlehurst und seine Kollegen verbrauchen nur 21 Milliwatt Leistung bei 10 GHz für die drahtlose Ultra-Breitband-Kommunikation. Aktuelle ADCs verbrauchen Hunderte von Milliwatt oder sogar Watt Leistung bei vergleichbaren Geschwindigkeiten. Der von BYU hergestellte ADC weist die weltweit derzeit höchste Energieeffizienz auf, ein Rekord, den er mit erheblichem Abstand hält.
„Viele Forschungsgruppen weltweit konzentrieren sich auf ADCs. Es ist wie ein Wettbewerb, wer das schnellste und sparsamste Auto der Welt bauen kann “, sagte Chiang. "Es ist sehr schwierig, alle anderen auf der Welt zu schlagen, aber genau das haben wir geschafft."
Die zentrale Herausforderung für Forscher wie Chiang besteht darin, dass immer höhere Bandbreiten in Kommunikationssystemgeräten Schaltkreise bedeuten, die mehr Strom verbrauchen. Chiang, Swindlehurst und ihr Team machten sich daran, das Problem zu lösen, indem sie sich auf einen wichtigen Teil des ADC konzentrierten Schaltung genannt DAC, ein zentrales Element, das für die genaue Umkehrung des ADC steht: Digital-Analog-Wandler.
Für technologisch versierte Personen gibt es hier eine umfassende Erklärung dessen, was das Forschungsteam getan hat:
Sie machten den Wandler schneller und effizienter, indem sie die Belastung des DAC durch Skalierung beider reduzierten Kondensator Fläche und Abstand der parallelen Platten. Außerdem gruppierten sie die Einheitskondensatoren anders als bei der herkömmlichen Methode und gruppierten Einheitskondensatoren, die Teil desselben Bits im DAC sind, anstatt sie durchgehend zu verschachteln. Dadurch wurde die parasitäre Kapazität der Bodenplatte um das Dreifache gesenkt, was den Stromverbrauch deutlich senkte und gleichzeitig die Geschwindigkeit erhöhte.
Schließlich verwendeten sie einen Bootstrap-Switch, verbesserten ihn jedoch, indem sie ihn auf zwei Pfade umstellten, wobei jeder Pfad unabhängig optimiert werden kann. Diese Methode erhöht die Geschwindigkeit, erfordert jedoch keine zusätzliche Hardware, da vorhandene Geräte aufgeteilt und Routenänderungen in der Schaltung vorgenommen werden müssen.
„Wir haben die Technologie des Chips hier an der BYU bewiesen und es besteht kein Zweifel an der Wirksamkeit dieser speziellen Technik“, sagte Chiang. „Diese Arbeit geht wirklich an die Grenzen des Möglichen und wird den Verbrauchern viele Annehmlichkeiten bieten. Dein Wi-Fi wird dank dieser Technologie immer besser werden, Sie werden schnellere Upload- und Download-Geschwindigkeiten haben und Sie können 4K oder sogar 8K ohne oder mit geringer Verzögerung ansehen, während die Akkulaufzeit erhalten bleibt.“
Chiang sagte, dass andere wahrscheinliche Anwendungen für den ADC autonome Fahrzeuge (die eine Tonne drahtlose Bandbreite verbrauchen), intelligente Wearables wie Brillen oder intelligente Kontaktlinsen und sogar Dinge wie implantierbare Geräte umfassen.
Das Gerät erforderte ein ausgeklügeltes Design und eine Überprüfung, um sicherzustellen, dass alle Tausenden von Verbindungen in der Konverter würde richtig funktionieren. Die Korrektur eines einzelnen Fehlers im Design hätte mindestens ein weiteres Jahr gedauert, sodass das Team begeistert war, keine Fehler gemacht zu haben.