Để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng về điện thoại di động nhanh như chớp công nghệMỗi năm gã khổng lồ công nghệ đều tạo ra những thiết bị nhanh hơn, mạnh hơn với thời lượng pin lâu hơn so với các mẫu trước đó.
Lý do chính khiến các công ty như Apple và Samsung có thể bứt phá một cách thần kỳ năm này qua năm khác là vì các kỹ sư và nhà nghiên cứu trên khắp thế giới đang thiết kế các vi mạch ngày càng tiết kiệm điện mà vẫn cung cấp tốc độ cao.
Để đạt được mục tiêu đó, các nhà nghiên cứu do một nhóm tại Đại học Brigham Young dẫn đầu vừa chế tạo thiết bị chuyển đổi tín hiệu tương tự sang kỹ thuật số tốc độ cao tiết kiệm điện nhất trên thế giới chuyển đổi (ADC) vi mạch. ADC là một phần công nghệ nhỏ bé có mặt trong hầu hết các thiết bị điện tử có chức năng chuyển đổi tín hiệu tương tự (như sóng vô tuyến) sang tín hiệu kỹ thuật số.
ADC do giáo sư Wood Chiang, Ph.D. sinh viên Eric Swindlehurst và các đồng nghiệp của họ chỉ tiêu thụ công suất 21 mili-watt ở tốc độ 10GHz cho truyền thông không dây băng thông cực rộng; ADC hiện tại tiêu thụ hàng trăm mili-Watts hoặc thậm chí Watts ở tốc độ tương đương. Bộ ADC do BYU sản xuất có hiệu suất điện năng cao nhất hiện có trên toàn cầu, một kỷ lục mà nó nắm giữ với một biên độ đáng kể.
“Nhiều nhóm nghiên cứu trên toàn thế giới tập trung vào các ADC; nó giống như một cuộc thi xem ai có thể chế tạo chiếc xe nhanh nhất và tiết kiệm nhiên liệu nhất thế giới, ”Chiang nói. "Rất khó để đánh bại tất cả những người khác trên toàn thế giới, nhưng chúng tôi đã cố gắng làm được điều đó."
Thách thức trung tâm mà các nhà nghiên cứu như Chiang phải đối mặt là băng thông ngày càng cao trong các thiết bị hệ thống thông tin liên lạc đồng nghĩa với việc các mạch tiêu thụ nhiều năng lượng hơn. Chiang, Swindlehurst và nhóm của họ bắt đầu giải quyết vấn đề bằng cách tập trung vào một phần quan trọng của ADC mạch được gọi là DAC, là bộ phận trung tâm là viết tắt của đảo ngược chính xác của ADC: bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự.
Đối với những người hiểu biết về công nghệ, đây là lời giải thích rộng rãi về những gì nhóm nghiên cứu đã làm:
Họ đã làm cho bộ chuyển đổi nhanh hơn và hiệu quả hơn bằng cách giảm tải từ DAC bằng cách mở rộng quy mô cả hai tụ diện tích tấm song song và khoảng cách. Họ cũng nhóm các tụ điện đơn vị khác với cách thông thường, nhóm các tụ điện đơn vị là một phần của cùng một bit trong DAC thay vì đặt chúng xen kẽ xuyên suốt. Làm như vậy sẽ giảm điện dung ký sinh ở tấm đáy xuống ba lần, giảm đáng kể mức tiêu thụ điện năng trong khi tăng tốc độ.
Cuối cùng, họ đã sử dụng một công tắc khởi động nhưng đã cải thiện nó bằng cách biến nó thành đường dẫn kép, nơi mỗi đường dẫn có thể được tối ưu hóa một cách độc lập. Phương pháp này làm tăng tốc độ nhưng không yêu cầu phần cứng bổ sung vì nó liên quan đến việc tách các thiết bị hiện có và thực hiện các thay đổi lộ trình trong mạch.
Chiang nói: “Chúng tôi đã chứng minh được công nghệ của chip tại BYU và không có nghi ngờ gì về hiệu quả của kỹ thuật đặc biệt này”. “Công việc này thực sự thúc đẩy những gì có thể và sẽ mang lại nhiều tiện ích cho người tiêu dùng. Của bạn Wi-Fi sẽ tiếp tục trở nên tốt hơn nhờ công nghệ này, bạn sẽ có tốc độ tải lên và tải xuống nhanh hơn và bạn có thể xem 4K hoặc thậm chí 8K mà không bị lag trong khi vẫn duy trì thời lượng pin.”
Chiang cho biết các ứng dụng có khả năng khác cho ADC bao gồm xe tự hành (sử dụng rất nhiều băng thông không dây), thiết bị đeo thông minh như kính hoặc kính áp tròng thông minh và thậm chí cả những thứ như thiết bị cấy ghép.
Thiết bị yêu cầu thiết kế và xác minh tinh vi để đảm bảo rằng tất cả hàng nghìn kết nối trong chuyển đổi sẽ hoạt động chính xác. Một sai sót duy nhất trong thiết kế sẽ phải mất thêm ít nhất một năm để sửa chữa, vì vậy nhóm nghiên cứu rất vui mừng vì không mắc sai lầm nào.