Untuk memenuhi melonjaknya permintaan akan ponsel secepat kilat teknologi, setiap tahun raksasa teknologi menciptakan perangkat yang lebih cepat dan bertenaga dengan daya baterai yang lebih tahan lama dibandingkan model sebelumnya.
Alasan utama perusahaan seperti Apple dan Samsung dapat secara ajaib melakukan ini dari tahun ke tahun adalah karena para insinyur dan peneliti di seluruh dunia sedang merancang microchip yang semakin hemat daya yang masih memberikan kecepatan tinggi.
Untuk itu, para peneliti yang dipimpin oleh tim di Universitas Brigham Young baru saja membuat analog-ke-digital berkecepatan tinggi yang paling hemat daya di dunia. Converter (ADC) microchip. ADC adalah bagian kecil dari teknologi yang ada di hampir setiap peralatan elektronik yang mengubah sinyal analog (seperti gelombang radio) menjadi sinyal digital.
ADC dibuat oleh profesor BYU Wood Chiang, Ph.D. siswa Eric Swindlehurst dan rekan mereka hanya mengkonsumsi daya 21 mili-Watt pada 10GHz untuk komunikasi nirkabel pita lebar-ultra; ADC saat ini mengonsumsi daya ratusan mili-Watt atau bahkan Watt dengan kecepatan yang sebanding. ADC buatan BYU memiliki efisiensi daya tertinggi yang saat ini tersedia secara global, sebuah rekor yang dipegangnya dengan margin yang substansial.
“Banyak kelompok penelitian di seluruh dunia berfokus pada ADC; Ini seperti persaingan siapa yang bisa membangun mobil tercepat dan paling hemat bahan bakar di dunia, ”kata Chiang. “Sangat sulit untuk mengalahkan semua orang di seluruh dunia, tetapi kami berhasil melakukannya.”
Tantangan utama yang dihadapi para peneliti seperti Chiang adalah bahwa bandwidth yang semakin tinggi dalam perangkat sistem komunikasi berarti sirkuit yang mengkonsumsi lebih banyak daya. Chiang, Swindlehurst, dan tim mereka berangkat untuk memecahkan masalah dengan memusatkan perhatian pada bagian penting dari ADC sirkit disebut DAC, yang merupakan bagian utama yang mewakili kebalikan dari ADC: konverter digital-ke-analog.
Untuk yang paham teknologi, berikut penjelasan luas tentang apa yang dilakukan tim peneliti:
Mereka membuat konverter lebih cepat dan efisien dengan mengurangi beban dari DAC dengan menskalakan keduanya kapasitor luas dan jarak pelat sejajar. Mereka juga mengelompokkan kapasitor unit secara berbeda dari cara konvensional, mengelompokkan kapasitor unit yang merupakan bagian dari bit yang sama di DAC daripada menyisipkannya ke seluruh bagian. Hal ini akan menurunkan kapasitansi parasit pelat bawah sebanyak tiga kali lipat, sehingga secara signifikan menurunkan konsumsi daya sekaligus meningkatkan kecepatan.
Akhirnya, mereka menggunakan sakelar bootstrap tetapi memperbaikinya dengan menjadikannya jalur ganda di mana setiap jalur dapat dioptimalkan secara independen. Metode ini meningkatkan kecepatan tetapi tidak memerlukan perangkat keras tambahan karena melibatkan pemisahan perangkat yang ada dan membuat perubahan rute di sirkuit.
“Kami telah membuktikan teknologi chip ini di BYU dan tidak ada keraguan mengenai kemanjuran teknik khusus ini,” kata Chiang. “Pekerjaan ini benar-benar mendorong apa yang mungkin terjadi dan akan memberikan banyak kemudahan bagi konsumen. Milikmu Wi-Fi akan terus menjadi lebih baik karena teknologi ini, Anda akan memiliki kecepatan unggah dan unduh yang lebih cepat dan Anda dapat menonton 4K atau bahkan 8K dengan sedikit atau tanpa jeda dengan tetap menjaga masa pakai baterai.”
Chiang mengatakan kemungkinan aplikasi lain untuk ADC termasuk kendaraan otonom (yang menggunakan banyak bandwidth nirkabel), perangkat yang dapat dikenakan pintar seperti kacamata atau lensa kontak pintar, dan bahkan hal-hal seperti perangkat implan.
Perangkat tersebut membutuhkan desain dan verifikasi yang canggih untuk memastikan bahwa semua ribuan koneksi di Converter akan bekerja dengan benar. Satu kesalahan dalam desain akan membutuhkan setidaknya satu tahun tambahan untuk diperbaiki, jadi tim sangat senang karena tidak membuat kesalahan.