El grupo de investigación Green IC del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Singapur NUS inventó una nueva clase de convertidores de digital a analógico DAC y de analógico a digital ADCque puede diseñarse completamente con una metodología de diseño digital totalmente automatizada, gracias a su arquitectura totalmente digital.
En comparación con las arquitecturas y metodologías analógicas tradicionales, el tiempo de respuesta de diseño para estas nuevas interfaces de sensor se reduce de meses a horas. La reducción drástica en el esfuerzo de diseño es altamente beneficiosa en sistemas de silicio sensibles al costo, como los sensores para Internet deCosas IoT. La nueva arquitectura del convertidor de datos también tiene una complejidad muy baja, lo que reduce el área de silicio y, por lo tanto, el costo de fabricación en al menos 30 veces, en comparación con los diseños convencionales.
Estos novedosos convertidores de datos también exhiben la capacidad sin precedentes de degradar con gracia la fidelidad de la señal cuando su voltaje de suministro o frecuencia de reloj experimentan grandes fluctuaciones. Estas fluctuaciones son comunes en los sensores IoT recolectados de energía, ya que la energía recolectada del entorno circundante p. Ej., célula solar es muy errático. A su vez, esto permite el monitoreo ininterrumpido de la señal del sensor incluso en condiciones de energía recolectadas desfavorables y sin regulación de voltaje. En cambio, los convertidores de datos tradicionales sufren una degradación de resolución catastrófica cuando el voltaje de suministro está por debajo de su valor nominal mínimo Vmino la frecuencia excede su valor nominal máximo, por lo tanto, necesita circuitos que requieren mucha energía para la regulación de voltaje y frecuencia
La investigación se realizó en colaboración con el profesor asociado Paolo Crovetti del Politecnico di Torino en Italia, y cuenta con el apoyo del Ministerio de Educación de Singapur y la Comisión de la UE.
Interfaces de sensor más pequeñas, más simples y rápidas de diseñar
"Nuestra investigación transforma el diseño tradicionalmente analógico y en su mayoría manual de los convertidores de datos en un diseño digital totalmente automatizado, reduciendo el área de silicio en un orden de magnitud y el tiempo de diseño en dos órdenes de magnitud, permitiendo que las compañías de semiconductores tengan un costo-competitivo mientras alcanza mercados más rápido ", dijo el líder asociado del equipo, el profesor asociado Massimo Alioto, que es del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Facultad de Ingeniería de la NUS.
Añadió: "Al ser digitales, nuestras interfaces de sensores se transfieren sin esfuerzo a través de tecnologías y aplicaciones de fabricación, y pueden sumergirse en circuitos digitales para evitar el esfuerzo tradicional requerido por su integración en el mismo chip de silicio".
El equipo de NUS demostró el concepto a través de varios chips de silicio que implementan tanto DAC como ADC con un área extremadamente baja. Como ejemplo, se demostró un DAC de 12 bits fabricado en tecnología CMOS estándar de 40 nm con un área igual al diámetro de una hebradel cabello humano. Su capacidad inherente para el escalamiento de la tecnología hace que se reduzca aproximadamente otras 32 veces cuando se implementa en la tecnología más fina actualmente 7 nm.
Al mismo tiempo, se ha demostrado que la invención NUS habilita convertidores de datos con altas resoluciones hasta 16 bits, al tiempo que logra la simplicidad y la compacidad del diseño.
El miembro del equipo, el Dr. Orazio Aiello, investigador visitante del Departamento, dijo: "Nuestro equipo ha introducido un nuevo paradigma de diseño que nos acerca a la visión definitiva de dispositivos IoT ultracompactos, económicos y escalables por tecnología"."
La robustez sin precedentes aporta beneficios adicionales a nivel del sistema
La innovación NUS simplifica aún más el diseño del sistema integrado, aprovechando la capacidad sin precedentes para soportar fluctuaciones de voltaje y frecuencia muy sustanciales, relajando así los requisitos de precisión en la generación de voltaje y frecuencia.
De hecho, los convertidores de datos convencionales que funcionan a un voltaje de suministro por debajo de su valor nominal mínimo o frecuencia de reloj excesiva experimentan una falla catastrófica y, por lo tanto, no cumplen su función prevista. Por el contrario, los innovadores convertidores de datos inventados por el equipo de NUS exhibendegradación elegante de la resolución y la fidelidad de la señal cuando el voltaje de suministro o la frecuencia de reloj exceden su rango permitido. Como ejemplo, se demostró que un DAC diseñado para 1 V funciona correctamente a la mitad de este voltaje, mientras que degrada su resolución en solo 1 bit cuando el suministroel voltaje se reduce en un considerable 0.3V.
El profesor asociado Alioto dijo: "La capacidad de tener una degradación de resolución elegante bajo sobretensión de voltaje y frecuencia suprime la necesidad de soluciones de circuitos complejos que regulen con precisión el voltaje de suministro y la frecuencia de reloj que utilizan los convertidores de datos. En otras palabras, nuestros convertidores de datosson más simples de diseñar y también simplifican el sistema en el que están empleados "
Próximos pasos
El equipo está trabajando actualmente en un paradigma novedoso que convierte los subsistemas de silicio tradicionalmente analógicos e intensivos en diseño en diseños basados en células estándar digitales que son compatibles con flujos de diseño totalmente automatizados, ampliando los límites del diseño clásico asistido digitalmente.Este estudio de investigación involucra varios subsistemas fundamentales como amplificadores, osciladores, referencias de voltaje y corriente, y muchos otros.
El equipo de investigación tiene como objetivo transformar la forma en que se diseñan los sistemas integrados, permitiendo un diseño ultrarrápido, ultracompacto y portátil de tecnología de sistemas completos.
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Materiales proporcionados por Universidad Nacional de Singapur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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