הדור הבא של מגברי משוב: מגמות מתפתחות ואפקטים אמיתיים

טכנולוגיית מגבר משוב כבר זמן רב את עבודת בלתי נראית מאחורי מעגלים אלקטרוניים יציבים, צפויים.ממממגברים תפעוליים ממשק חיישן פשוט לבלוקים של דיוקים של תחנת בסיס 5G, משוב שלילי הופך את רווח פתוח-loop לתוך נקודת מבט מבוקרת, ליניארית, ושפל-distortion Building חוסם.כפי שאנו דוחקים את הגבולות של פיזיקת חלקיקים ומורכבות, מפגין משוב מתפתח למגמות אסטרטגיות חדשות, ומתאים את המשתנים קדימה.

טרנד 1: הפחתה דיגיטלית ושליטה היברידית

אולי השינוי הטרנספורמציי ביותר הוא שילוב של מגברי משוב עם לולאות בקרה דיגיטליות.היסטורית, משוב ייושם אך ורק עם רכיבים אנלוגיים – מתכנתים, כפרים, ורשת הפיצויים של המגבר עצמו כיום, טכניקות בעלות חתימה מעורבת מאפשרות למעבדים דיגיטליים לפקח ולתאים את נתיב משוב אנלוגי בזמן אמת.

  • (FLT:0) פיצויי פיצויי פריטל 1:1 - כוונון דיגיטלי של רשת משוב יכול לשמור על יציבות על פני טמפרטורה, פינות תהליך, הזדקנות, חיסול הצורך בעיצוב יתר.
  • (FLT:0) calibrationFIRLT:1) - שגיאות והשגת שגיאות ניתן למדוד ולבטל דיגיטלית, שיפור הדיוק של DC ללא הטריק החיצוני.
  • (FLT:0) ReconfigurabilityFLT:1 - אותה חומרת מגבר יכול לעבור בין גבוה-גאין, נמוך-noise, ופס רחב מצבי על ידי התאמת קידוד משוב תחת פיקוח תוכנה.

לדוגמה, מכשירים מודרניים מגברי התקנים Analog כוללים כעת ממשקים דיגיטליים המאפשרים קבלת בחירה ופלט תיקון באמצעות SPI או I2C, שילוב הדיוק של חזית אנלוגיה חזיתית עם הגמישות של שליטה דיגיטלית.מגמה זו היא חזקה במיוחד ב-FLT:0Digitally-Assised Analoged Analograted DesignFLT:1, שבו קו בין אנלוגיה דיגיטלית לטשטש ביצועים הטובים ביותר.

פרופיל דיגיטלי (DPD) ו- Feedback Amplifiers

ב-RF כוח מגבר, מגבר משוב משמשים במסלול משוב עבור מעקב מעטפה ו predistortion דיגיטלית (DPD) מערכות.DPD לינארי את המאפיין הלא ליניארי של מגבר על ידי מניעת אות הקלט, ואת אותות משוב הנדרשים על ידי Gagam-of-G-relimates, כדי למדוד במדויק את הפלט או שלב.

Trend 2: Advanced Semiconductor Materials and Process Scaling

הצעדה הבלתי פוסקת של חוק מור אפשרה לטרנסיסטים קטנים ומהירים יותר, אך מעצבי משוב חייבים להתמודד עם חדר ראש מופחת ואפקטים קצרים ערוצים מוגברים.

גליום ניליד (GaN) ו- Silicon Carbide (SiC)

(ב) [ה][דרוש מקור]]][דרוש מקור]] [ה]]], [ה][דרוש מקור]]]], [ה]]], [ה[[המאה ה-1]]], ו[[1924]],]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]], [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ב[[1924]]]]]]]] [[[[[[1924]]]]

פולש מלא בסיליקון-על-איסלטור (FD-SOI)

עבור מעגלים משולבים בעלי טווח נמוך, FD-SOI מספק יכולות הטיה גוף מצוינות ולהפחית קיבולים parasitic. Feedback amplifiers שנבנה ב FD-SOI יכול להשיג ביצועים טובים יותר רעש בכוח נמוך בהשוואה ל-CMOS.זה חשוב במיוחד עבור חיישני IoT ממוזג סוללות, שבו מגבר משוב יכול לרוץ ברציפות לפקח על transducer.

3D אינטגרציה ו-Heterogeneous Packaging

המיניגלגליזציה משתרעת מעבר למות עצמה.3D ערימה של שבבי עם דרך silicon דרך (TSVs) מאפשר למגבר משוב למות להיות ממוקם ישירות מתחת או בסמוך למערך חיישן, מצמצם את parasitics החיבור בין-קישורים. שילוב זה חבילת-חבילה כבר בשימוש בממירי נתונים מהירים וממ"מ קורא מעגלים.

Trend 3: התנצלות חדשה להופעות קיצוניות

מסורתי שני שלבים מילר compensated אגדות הם נותן דרך להתנצלות אקזוטית יותר כי לדחוף את גבולות רוחב הפס, שיעור סלוט, לינאריות.

מזון עקיף ואכילה מראש-Path Enhancement

במקום להאכיל את אות הפלט כולו, כמה עיצובים מתקדמים משתמשים ב-FLT:0 (שוב עקיף: 1) שדגימות את הפלט הנוכחי או המתח באמצעות מגבר תחושה נפרדת, זה מקטין את הטעינה על שלב הפלט הראשי ויכול לשפר את המוצר בעל יכולת גבוהה יותר.

Non-Linear Feedback for Class-D ו-Switch-Mode Systems

(ב) מגברי אודיו ואספקת חשמל ממוזגת משתמשים משוב כדי להסדיר את המודולציה דו-ממדית (PWM) מחזורי חובה (PWM) ומחזור חדש של מגברי משוב - לפעמים נקרא FLT:0טרור מגברי משוב עם לולאות קינסטרטית (FLT:1) משפר את התפוקה המתמשכת אך מהסימן מבוסס-ple-of-F.

נזלת ונוירומורפילית

בהשראת רשתות עצביות ביולוגיות, כמה חוקרים חוקרים חוקרים חוקרים לחקור את מעגלי משוב של 0analog אשר מחקים הפלסטיות סינפטיות synaptic FLT:1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

המגמות לעיל אינן מופשטות – הן כבר מוחלות בתעשיות קריטיות.כאן אנו בודקים שלושה אנכיים מרכזיים שבהם מגברי משוב עתידיים יהיו ההשפעה הגדולה ביותר.

תקשורת ורשת Wireless

תחנות בסיס 5G (וקרוב 6G) דורשות מערך אנטנה מסיבית של MIMO, כל אלמנט עם שלב משלו ובקרת אמפולדה (מגברי משוב משמשים בחזית RF כדי לפקח ולפתור כל נתיב שידור.הצורך של ציוד מודולציה גבוהה יותר (1024-QAM) דורש גודל שגיאה (EVM) מתחת ל-1%, אשר דורש משוב עם שלב נמוך מאוד ומהירות גבוהה יותר:0.

דרישות מפתח לממריצים משוב טלקום:

  • Bandwidth > 1 GHz (כדי לטפל ב-Aggregation של חברת מוביל)
  • IMD3 טוב יותר מ- 60 dBc בתפוקה מלאה
  • טמפרטורה סחף פחות מ 0.1 dB מ -40 מעלות צלזיוס ל +85 ° C
  • ממשק דיגיטלי משולב עבור רווח צעד ו calibration

אבחון רפואי ו- In-Vivo Diagnostics

מערכות הדמיה מגנטיות (MRI) משתמשות במגברי משוב בנהג ⁇ ו- RF לקבל שרשרת.המכשירים:0 ⁇ amplifierFLT:1 חייב לספק רמפות נוכחיות מדויקות עם רעש נמוך מאוד כדי למנוע תמונות פריטים.כאן, משוב מעדכן עם רוחב פס של כמה מהרץ ושערי סלולים מעל 1000 V / מיקרו הם בשימוש מגמות עתידיות כולל שימוש ב- אולטרסאונד עבור גירוי אוטומטי עבור גירויים של כוח תגובה משולבת.

יישום מתפתח: ממשק עצבי מושתל

(ההמפזרים המשמשים במערכות הקלטה עצביות (למשל, אלקטרו-קורטיקווגרפיה) חייבים להגביר את אותות ברמת המיקרו-וולט תוך דחיית מחסניות גדולות של DC (עד ±100 מ"ר) שנוצרו בממשק האלקטרודה-טייקטיבי של ה- 3.A פופולריות היא ה-FLT:0AC-coupled-upledrated amplifierFLTreave, כלומר, כלומר, כלומר, תכונות שליליות של תכונות אלה מכוונות להתאמה אישית, לעומת זאת, הן תכונות אחרות, אך הן מותאמות להתאמה אישית, הן נטיות של תכונות אחרות, אך ורקמותיות.

מוצרי אלקטרוניקה ו- Edge AI

סמארטפונים, עונדים, ומכשירי בית חכמים דורשים מגברי משוב שהם אולטרה-נמוך, גורם צורה קטן, ומסוגלים לפעול על טווח אספקה רחב.FLT:0Class-AB של שלבים עם הטיה הסתגלותית אדפטיבית של 1 הם נפוצים בקודג ונהגי אוזניות כוללים שילוב F:2דיגיטלי ניהול LT3, שבו משוב גבוה דורש משקף את הדיוקן וגורם (מתאים) לקצב גבוה לקצב (מתאים לקצב גבוה).

ב-Fort AI מאיצים, מגבר משוב משמשים בשלבים המרת נתונים ורגולטורים מתח.As מודלים AI לרוץ על מכשירים מופעלים סוללות, יעילות הרגולטורים האלה (כולל החלפת-capacitor ו-dropout רגולטוריs) לעתים קרובות תלוי מהירות המגבר של משוב כי הוא לעתים קרובות מופעל על ידי גירוי אוטומטי של הידור, ואת היכולת שלה להחזיק את המתח יציב במהלך שלבים פתאומיים לעבר LT:0Dic מתח אלקטרונים שימוש חוזר של חומרים מודרניים של חומרים נוגדי תגובה.

שיקולים מעשיים למהנדסים

בעוד המגמות מרגשות, מהנדסים חייבים להיות מודעים לאתגרים המעשיים כאשר יישום מגברי משוב במוצרי הדור הבא.

יציבות וסגירה בתדירות גבוהה

כפס רוחב פס לדחוף לתוך טווח רב GHz, קיבול פרציטי והשכלה מפני אריזה ו- PCB עקבות להיות גורמים דומיננטיים.שיטות פיצוי מסורתיות כמו מילר או מוביל-הג חייב להיות reevaluated.מהנדסים צריכים לדמות לא רק את המגבר עצמו, אלא את כל מערכת סגורה-פרלופ כולל חוטי אג"ח, דרך, וכל ניכוי של ע"פ הם כעת בתנאי קיבולים חיוניים - במיוחד עבור כל כלי חום: 1D3, כולל תכונות יציבות, כולל מתחמיים, כולל מתחמי טמפרטורה יציבה.

רעש, משמעת וכוח סחר-offs

משולש נצחי של רעש, עיוות וצריכת חשמל הופך אפילו יותר חריף עבור יישומים עתידיים.לדוגמה, משוב אודיו מגבר בסמארטפון עשוי צריך רצפת רעש של 2 μV / ⁇ Hz ועיוות הרמוני הכולל מתחת 0.001%, בעוד צריכת פחות מ 1 מ"א מ הציגה 3.3 V אספקת זה דורש עיצוב זהיר של שלב קלט: באמצעות שימוש במכשירים גדולים עבור נמוך 1 / קיבולת, אבל זה יכול להפחית את קצבאות כי הוא יכול להפחית את קצבאות כי הוא יכול להפחית את קצבה לאחור על ידי ירידה מהירה יותר מאשר 1 / קיבולת גבוהה.

עיצוב-for-Test (DFT) ו- Calibration

עם משוב דיגיטלי, על שבב BIST (במבחן עצמי) מעגלים יכולים למדוד DC offset, לצבור שגיאות, ואת יחס דחייה משותף.מדידות אלה ניתן להשתמש כדי לקצץ את המגבר במהלך הייצור או אפילו במהלך המבצע. עם זאת, הוספת מעגלי בדיקה עלייה באזור ועוצמה בעתיד.

Outlook ו- Open Research Directions

עתיד טכנולוגיית מגבר משוב מונע על ידי פיזיקה בסיסית, כמו גם משיכת יישומים.חלק מאזורי מחקר פתוחים המבטיחים לעצב את העשור הבא כוללים:

  • (FLT:0)Ultra-low-voltage ActveFLT:1 - כפי שסולטר מתח בקנה מידה, מגבר משוב פועל מ-0.5 V או פחות צריך ארכיטקטורות חדשות (למשל, עיצוב מונע או subthreshold) אשר שומר על ביצועים.
  • (FLT:0)Quantum ואלקטרוניקה אלקטרוניקה CryogenicFLT:1) - מגברי קראט למחשבים קוונטיים חייבים לפעול בטמפרטורות מילימטרווין עם רעש נמוך מאוד.
  • (FLT:0) Reconfigurable RF Front-endsearFLT:1) - רדיוים המוגדרים על ידי תוכנה דורשים מגבר משוב שניתן לכוון דיגיטלית עבור להקות תדרים שונים וסוגים אותות, המשתרעים מכמה MHz עד 10 GHz באותו השבב.
  • (FLT:0) למידה של Machine בלולאה 1 (ה) בדיוק כפי ש-DPD משתמש במגבר משוב למדידה, מערכות עתידיות יכולות להכשיר רשת עצבית לחזות ולפצה על אי-לינאריות מגבר בזמן אמת.

מסקנה

טכנולוגיית מגבר משוב היא רחוקה מבוגר.ההתכנסות של אינטליגנציה דיגיטלית, מוליכים למחצה מתקדמים, ורומן להתנצלות מאפשר מגברים קטנים יותר, מהירים יותר, חכמים יותר מאי פעם. מהנדסים אשר מבינים מגמות אלה יהיו מצוידים יותר לעצב את הדור הבא של שיטות תקשורת, שיפור רפואי ואלקטרוניקה צרכני.

לקריאה נוספת, מתייחס להערות יישום מ-FLT:0.Texas Instruments על טכניקות פיצוי מתקדמות ,R1 ו-FLT:2Analog מכשירים משוב מגבר של קו המוצר של ההרחבה 3, המציג רבים של חידושים אלה.