Per soddisfare la crescente domanda di dispositivi mobili velocissimi la tecnologia, ogni anno i giganti della tecnologia creano dispositivi più veloci e potenti con una batteria che dura più a lungo rispetto ai modelli precedenti.
Il motivo principale per cui aziende come Apple e Samsung possono miracolosamente farcela anno dopo anno è perché ingegneri e ricercatori di tutto il mondo stanno progettando microchip sempre più efficienti dal punto di vista energetico che offrono comunque velocità elevate.
A tal fine, i ricercatori guidati da un team della Brigham Young University hanno appena costruito il sistema analogico-digitale ad alta velocità più efficiente al mondo convertitore (ADC) microchip. Un ADC è un piccolo pezzo di tecnologia presente in quasi ogni apparecchiatura elettronica che converte i segnali analogici (come un'onda radio) in un segnale digitale.
L'ADC creato dal professore della BYU Wood Chiang, Ph.D. lo studente Eric Swindlehurst ei loro colleghi consumano solo 21 milli-Watt di potenza a 10 GHz per comunicazioni wireless a banda ultra larga; gli attuali ADC consumano centinaia di milli-Watt o addirittura Watt di potenza a velocità comparabili. L'ADC prodotto dalla BYU ha la più alta efficienza energetica attualmente disponibile a livello globale, un record che detiene con un margine sostanziale.
“Molti gruppi di ricerca in tutto il mondo si concentrano sugli ADC; è come una competizione tra chi può costruire l'auto più veloce ed efficiente in termini di consumo di carburante del mondo ", ha detto Chiang. "È molto difficile battere tutti gli altri in tutto il mondo, ma ci siamo riusciti."
La sfida centrale che devono affrontare ricercatori come Chiang è che larghezze di banda sempre più elevate all'interno dei dispositivi dei sistemi di comunicazione significano circuiti che consumano più energia. Chiang, Swindlehurst e il loro team hanno deciso di risolvere il problema concentrandosi su una parte fondamentale dell'ADC circuito chiamato DAC, che è un pezzo centrale che rappresenta l'esatto contrario di ADC: convertitore da digitale ad analogico.
Per i tecnologicamente esperti, ecco un'ampia spiegazione di ciò che ha fatto il team di ricerca:
Hanno reso il convertitore più veloce ed efficiente riducendo il carico del DAC scalando sia il condensatore area e spaziatura delle piastre parallele. Hanno anche raggruppato i condensatori unitari in modo diverso rispetto al modo convenzionale, raggruppando insieme i condensatori unitari che fanno parte dello stesso bit nel DAC anziché averli interlacciati ovunque. In questo modo è stata ridotta di tre volte la capacità parassita della piastra inferiore, riducendo significativamente il consumo energetico e aumentando la velocità.
Infine, hanno utilizzato un interruttore bootstrap ma migliorato rendendolo a doppio percorso in cui ogni percorso può essere ottimizzato in modo indipendente. Questo metodo aumenta la velocità ma non richiede hardware aggiuntivo perché comporta la divisione dei dispositivi esistenti e la modifica del percorso nel circuito.
"Abbiamo dimostrato la tecnologia del chip qui alla BYU e non ci sono dubbi sull'efficacia di questa particolare tecnica", ha affermato Chiang. “Questo lavoro spinge davvero al limite ciò che è possibile e si tradurrà in molte comodità per i consumatori. Tuo Wi-Fi continuerà a migliorare grazie a questa tecnologia, avrai velocità di caricamento e download più elevate e potrai guardare 4K o anche 8K con un ritardo minimo o nullo mantenendo la durata della batteria.
Chiang ha detto che altre probabili applicazioni per l'ADC includono veicoli autonomi (che utilizzano una tonnellata di larghezza di banda wireless), dispositivi indossabili intelligenti come occhiali o lenti a contatto intelligenti e persino dispositivi impiantabili.
Il dispositivo richiedeva una progettazione e una verifica sofisticate per garantire che tutte le migliaia di connessioni nel file convertitore funzionerebbe correttamente. Un singolo errore nella progettazione avrebbe richiesto almeno un anno in più per essere corretto, quindi il team era entusiasta di non aver commesso errori.