تحدي السلطة في "الحياة اللامعة"

إن شبكة الإنترنت التي تعد ببلايين أجهزة الاستشعار الموصلة، ولكن لا يزال هناك حاجز أساسي: الطاقة، إذ يجب أن تعمل أجهزة استشعار متعددة المقاييس لسنوات على بطارية واحدة من نوع العملات أو طاقة الحصاد من مصادر الكمين، ولا يمكن الترددات اللاسلكية إلا من إرسال أجهزة قياسية ذات كفاءة عالية، مما يجعل أجهزة التصاميم المزودة بالأجهزة الضوئية تعمل على تحسينات الصوتية (#8217)؛ وترسل وتحصل على أكبر حصة من الطاقة.

وقد ركزت عمليات الانجاز الأخيرة على الحد من الاختصار الحالي، وإلغاء عمليات متقدمة في مجال الرصد والمراقبة، وتنفيذ تقنيات تحيز دينامية تسمح للمضخم بأن يسحب التيار شبه الصفري عندما يتعثر، وتتيح هذه الابتكارات للمستشعرين من الاتساع على مسافات أكبر، مع انخفاض معدلات الخطأ، وحياة البطاريات التي تقاس في السنوات بدلا من الأشهر، وتتبعنا التحولات التكنولوجية الرئيسية التي تؤدي إلى هذا التحول، وتأثيرها على توليد الأداء الحقيقي.

أساسيات أجهزة الاستنشاق في أجهزة الاستشعار

وفي العادة، يؤدي جهاز استشعار للترددات العضوية دوران، إذ أن جهازاً لتصنيف الطاقة (PA) يعزز الإشارة قبل الانتقال إلى التغلب على فقدان المسارات والتدخل.

ومن الناحية التاريخية، فإن أجهزة التصاميم ذات الترددات العالية من أجل الأجهزة المحمولة المستخدمة في أجهزة شبه موصلة من مركبات ثلاثية - V مثل أجهزة الدفع المكافئة بسبب أداء أعلى من الترددات العالية، غير أن هذه المواد باهظة الثمن ومن الصعب دمجها مع منطق تكنولوجيا المعلومات الرقمية، وقد أدى الضغط نحو استخدام الطاقة الكهربائية - المنخفضة إلى انتقال إلى عمليات قائمة على النسيج، ولا سيما

أوجه التقدم التكنولوجي الرئيسية

١ - العمليات البحرية العميقة والخفيفة

وكان التقدم الأكثر تأثيراً هو اعتماد ) رموز فرعية للحركة البحرية المركزية ] (65 nm and below) حيث كان صغار المترجمين أقل قدرة طفيلية، مما أتاح لهم التحول بسرعة مع تقلب أقل حجماً، علاوة على تشغيل جهاز كمبلد في

وتواجه العمليات شبه الحصبة تحديات: فالعمليات المترجمة أبطأ، وتتسبب تغيرات العمليات في انتشار أداء أكبر، غير أن حلقات المعايرة الرقمية المتقدمة والتحيز التكييفي يمكن أن تعوض، وقد استخدم بعض مترجمي التوحيد الكيميائي التجاريين هذه التقنية لتحقيق [(FLT:0]]]]] من طراز Sub-10 nA، وهي تعمل حالياً ، وتتمتع بقوّة نشطة تبلغ 1.8 ميغاواطاً بالنسبة للسلسلة الراديو بأكمله.

2 - إدارة الطاقة الدينامية والتطبيقية

وتستخدم أجهزة الاستنشاق التقليدية لإطار النتائج نقطة تحيز ثابتة، تُستخدم فيها طاقة النفايات عندما يُنقل المجس بمعدلات بيانات أقل أو بمسافات أقصر، وتُستخدم في تصميمات الطاقة الحديثة التي تتجاوز طاقتها القصوى التحامل الديناميكي الذي يعدل المقياس التراكمي في الوقت الحقيقي استناداً إلى مظاريف الإشارة ودرجة الحرارة وطاقة الإنتاج المطلوبة.

وثمة طريقة شعبية أخرى هي ] تحميل نظام التعبئة ، حيث يضاهي عرض الناتج في السلطة الفلسطينية بصورة دينامية عدم القدرة على الحفاظ على الكفاءة عبر مستويات الطاقة، وهذه التقنيات، بالاقتران مع التشويه الرقمي، يمكن أن تحافظ على كفاءة بنسبة 30 في المائة على مدى التراجع في الطاقة الكهربائية بنسبة 20 في المائة، وبالنسبة للمستشعرات التي نادرا ما تعمل في مجال التشغيل الكامل، وهذا هو

3- الابتكارات ذات الأهمية المنخفضة

وعلى الجانب المستقبلي، يجب أن تضخم شبكة الاتصال الوطنية إشارات منخفضة إلى 100 درهم بينما تضيف الضوضاء الدنيا، وفي تصميمات الطاقة المنخفضة جداً، كثيراً ما تستهلك هذه الشبكة أكبر حصة من ميزانية جهاز الاستقبال، حيث تستغل هذه النظم مؤخراً ]]]] أرقاماً متجددة الاستخدام [FLMOT:1] حيث تتدفق نفس المرحلة الحالية من خلال النواتج المشتركة.

وثمة نهج آخر يتمثل في استخدام كسب جبري من خلال تغذية مرتدة للمحولين أو أجهزة إعادة صمامات LC، وهي توفر مكاسب فولتية بدون أجهزة نشطة، وتوفر الطاقة، وتستخدم بعض أجهزة الاستشعار حالياً ] جهازاً للحساب الإلكتروني (LNA) يعمل على أساس مضاعفين، حيث تكون المرحلة الأولى مطابقة للمكاسب مركب واسع النطاق.

4 - التكامل اليونيولي والتصميم على أساس منهجي

والانتقال إلى ممر مدمج تماماً لشبكة CMOS يعني مضخم الترددات، وتجهيز النطاقات الأساسية، ومنطق الرقابة الرقمية كلها يقيم على موت واحد، وهذا يزيل السندات اللاسلكية المشتركة بين الشيكات ويقلل من الموصلات الطفيلية، ويتيح [التوصيل FLT:0]] عوامل شكلية ، ويقلل من قوة الوصلات الإلكترونية الحديثة إلى TMB

كما يتيح التكامل ] معايرة آلية ] للمضخم (Amplifier) t8217؛ والتحيز والمضاهاة للتعويض عن العمليات والفولط وتغيُّرات درجات الحرارة، وهذا يكفل الأداء المتسق في جميع الوحدات دون تلقين يدوي.

الأثر على أداء جهاز الاستشعار الضوئي

وتترجم أوجه التقدم المذكورة أعلاه مباشرة إلى تحسينات قابلة للقياس فيما يتعلق بنشرات مادة اليوتر.

(الوحشية الممتدة)

وأكثر الفوائد وضوحاً هي أطول عملية بين تغيرات البطاريات . فعلى سبيل المثال، يمكن لمجس درجة الحرارة الذي كان يتطلب من قبل 15 ميغاواط لنقلها أن يعمل الآن بمضخم 3 ميغاواط إذا كان جهاز الاستشعار ينقل مرة في الساعة لمدة 50 متراً، فإن مدخرات الطاقة تمتد من سنتين إلى أكثر من 10 سنوات.

زيادة الربط بين الميزانية

ومن خلال تحسين كفاءة مصفوفة الطاقة ورقم الضوضاء في نظام LNA، تحسن الميزانية العامة للربط بين النظام، ويمكن للمجس إما أن ينقل بعيداً عن نفس القوة أو أن يستخدم طاقة أدنى لنفس النطاق، وفي العديد من بروتوكولات الاتحاد الأوروبي للطاقة مثل لو راوان أو NB-IoT، يترجم كل دي بي من ميزانية الوصلة مباشرة إلى توسيع التغطية.() وقد حققت بعض التصميمات الأخيرة - 130 دي بي إم تي

مصنعات صغيرة وأكثر رصانة

إن دمج مضخم الترددات الترددية مع جهاز الترسبات يزيل المكونات المتميزة الخارجية، وقد تتطلب سلسلة الإذاعة بأكملها حفنة من المكثفات والموصلات للتطابق، مما يسمح للمجسّسات بأن تكون مدمجة في بطاقات ذكية أو رقائق طبية أو مواد بناء لا تعدو أن تكون سميكة إلا بضعة ملليمترات، وعلى سبيل المثال، فإن آخر أجهزة توليد الطاقة المنخفضة تدمج مجموعة من أجهزة التبديل في برنامج بي.

تكاليف النظام المخفض

ويقلل استهلاك الطاقة المنخفض من الحاجة إلى البطاريات الكبيرة، ويخفض التكامل بين اللجنة البحرية الدولية عدد المكونات ومنطقة ثنائي الفينيل متعدد الكلور، وفاتورة المواد المتعلقة بانخفاضات أجهزة الاستشعار بدرجة كبيرة، مما يتيح لـ 1 دولار لكل عقدة ] سعر مطلوب لنشرات واسعة النطاق للمتفجرات من مخلفات الحرب، وهذا أمر حاسم بالنسبة للزراعة الذكية وإدارة النفايات وتتبع الأصول.

التحديات والمفاضلات

وعلى الرغم من التقدم المثير للإعجاب، لا تزال هناك تحديات عديدة.

الطول مقابل الكفاءة

وكثيراً ما يتعين على مضخات الطاقة المنخفضة الحجم أن تعمل بالقرب من منطقة التشبع لتحقيق كفاءة عالية، وهذا يُحدث ] تشويه غير خطي يمكن أن يسبب النمو الطيفي وينتهك أقنعة الانبعاثات التنظيمية، وكثيراً ما تكون مخططات النمط المتقدمة مثل QPSK وODM حساسة بوجه خاص إزاء عدم خط الترميز الرقمية.

جيم - التغيير والاعتماد

وتعاني عمليات الرصد والمراقبة السطحية العميقة من وجود عمليات هامة ] من عمليات التقلب والفولط ودرجة الحرارة [البوليت] ]، وقد يفشل المضخم الذي يعمل بشكل مثالي عند درجة حرارة 25 مئوية و1.2 خامساً عند درجة حرارة 85 درجة مئوية أو 1.0 درجة مئوية.

الانبعاثات الجامحة والبورائية

Efficient amplifiers, particularly class E and class F types, generate strong harmonics. For IoT sensors operating in unlicensed bands such as 868 MHz or 2.4 GHz, these harmonics must be filtered to avoid interfering with other services. The filter network consumes space and adds cost. Some newer designs integrate

الاتجاهات المستقبلية

المواد الناشئة: غاز نووي وما بعده

وفي حين أن هذه التكنولوجيا تهيمن اليوم، فإن التكنولوجيا التي تستخدمها في الفضاء الفرعي 6 GHz IoT تقدم قدرا أكبر من التحلل، وكثافة أعلى من الطاقة، وارتفاع مستويات التشغيل، يمكن أن تؤدي إلى تحقيق وفورات في الطاقة الكهربائية، ولكن من غير المرجح أن تكون هناك عدة عوامل أخرى في مستوى الكفاءة.

Graphene and 2D Materials

وقد أظهرت البحوث التي أجريت في مجال T]graphene RF transistors] إمكانية تنقل الناقلين بدرجة عالية جدا، مما قد يؤدي إلى زيادة خطية وكفاءة في فولتات الإمدادات المنخفضة جداً، غير أن عدم وجود مجموعة من المواد الملزمة في مجال التفريغ يقيد التشبع الحالي ويجعل تصميم الدوائر أمراً صعباً.

تصميمات مصممة على أساس الآلات

ويحتاج تصميم جهاز كمبلد متعدد الترددات إلى تحقيق التوازن بين عشرات البارامترات المترابطة، ويجري الآن استخدام الخوارزميات الماكنة لـ ] [و] استخدام أفضل أفضل أفضل من التوليدات وقيم المكوِّن ، وتجد الأدوات مثل نظام غوغلدينغ للتصميمات الأكاديمية غير المستندة إلى نماذج المقاييس أو المولدات الكهربائية.

مفاهيم الأمبليتر العصبي

ويحقق الباحثون، الذين يلهمهم كفاءة الطاقة في النظم العصبية البيولوجية، في التلويثات الدائرة العصبية الاصطناعية من أجل التوسع في الترددات، بينما تعمل هذه المضخات بنهج حالي نقي لا يولد فيه سوى الطاقة عندما تحدث حدثاً مؤثراً، وهو ما يشبه التكاثر العصبي لعشرة والمراحل، بينما لا تزال الادخارات في مرحلة مبكرة.

خاتمة

وقد أدى التطور السريع في تصميمات أجهزة الاستنشاق بالترددات الفوقية إلى تغيير جوهري في ما يمكن بمستشعرات الطاقة المتدنية جداً، حيث إن هذه الأجهزة، من خلال دمج عمليات متقدمة في إطار نظام الرصد والمراقبة، والتحيز الدينامي، والتكامل الأحادي، قد أنشأ مهندسون أجهزة لاسلكية تقل طاقتها عن 5 أمتار، مع الحفاظ على الحساسية والقدرة الإنتاجية اللازمة للاتصال اللاسلكي الموثوق به، مما يتيح توليداً جديداً من أجهزة الاستشعار المستقلة التي يمكن أن تعمل من أجل تحقيقها.

وفي حين أن التحديات القائمة حول التواؤم والتفاوت والانبعاثات المتناسقة لا تزال قائمة، فإن خط البحث غني بالحلول الواعدة، والمواد الناشئة، والآلية الآلية للتصميم المدفوع بالآلات، والهيكلات المحفزة بيولوجياً، تشير إلى تحقيق مكاسب أكثر جذرية في الكفاءة، وبالنسبة للمهندسين ومطوري المنتجات الذين يبنون الموجة التالية من حلول تكنولوجيا المعلومات، فإن فهم هذه الابتكارات المتضخمة أمر أساسي لاتخاذ قرارات التصميم التي تعظيمة في الوقت الذي يحترم فيه القيود المطلقة على الطاقة والتكاليف.

For further reading on specific implementations, see A 0.5-V 100-MEW LNA in 28-nm CMOS for IoT Receivers and Analog Devices]8217; Ultra-Low Power RF Design Guide for a broader survey of emerging 2D.