تراشه‌هايي با قابليت ريزموج براي ارتباطات بي سيم

يكي از پروژه‌هاي اخير اتحاديه اروپا يك ريزتراشه نشانگر[1] جديد را طراحي و توليد كرده است كه به صورت چشمگيري هزينه‌ي توليد كالاهاي بدون سيم را كاهش خواهد داد و اين بدين معناست كه طیف وسيعي از كالاهاي موجود، قابليت ارتباطات بدون سيم را پيدا خواهد كرد.

پروژه IMPACT[2] كه از طرف IST[3] حمايت مالي مي‌شود، شامل شركت‌هاي غول‌پيكر صنعتي Ericsson و Philips مي‌شود كه براي ساخت تراشه‌ای که سيگنال‌هاي ريز موج را در بازه‌ فركانس 5 تا 24 گيگاهرتز بفرستد و دريافت كند، با هم كار مي‌كنند. اين تيم طيفي از نشانگرها شامل آمپلي‌فايرها، نوسانگرها[4]، مخلوط‌کن‌‌ها[5] و تقويت كننده‌هاي فركانس را طراحی کرده‌ است.

گروه IMPACT انتظار دارد، مدارهاي آنالوگ و با فركانس بالا كشف كند كه با تراشه‌هاي CMOS 90 نانومتري قابل تطبيق باشد. اين تراشه‌ها از مدارهاي بسيار كوچك‌تر (90 نانومتر) از مدل‌هاي فعلي استفاده مي‌كند.

دكتر استفان دکوتر، مسئول هماهنگي پروژه IMPACT و محقق مركز بين دانشگاهي ميکروالكترونيك بلژيك مي‌گويد: تراشه‌ها ديجيتال CMOS و در اندازه‌های 90 نانومتر، امسال (سال 2005) قابل دسترسي خواهند بود و مي‌خواهيم بدانیم آيا مي‌توانيم آنها را در ارتباطات ريزموجي با فركانس بالا استفاده كنيم. تراشه‌هاي CMOS با فركانس بالای قديمي‌تر، از قبل در تجهيزات 4/2 گيگاهرتزي مانند فرستنده‌ها و گيرنده‌هاي بلوتوس[6] كه به طور جداگانه توسط Ericsson ، يكي از طرف‌هاي پروژه طراحی شده است، استفاده ‌شده‌اند. ولي به گفته دكتر دکوتر، نيازهايي كه براي استفاده از اين تراشه‌ها در سطوح بالا و پيچيده چون GSM يا "سامانه جهاني ارتباطات سيار" وجود دارد، دست نيافتني‌ترند. در حال حاضر اين كاربردها احتياج به راه‌حل‌هاي گران‌قيمت و چند تراشه‌اي دارد.

گروه IMPACT متوجه شده‌اند، تراشه‌هاي CMOS می‌توانند برطرف کننده نیازهای پیچیده و صعب‌الوصول لازم براي كاربردهاي ميان برد و پیشرفته‌ای چون GSM و ارتباطات ريزموجي نقطه به نقطه باشند. اين تراشه‌ها به نحو قابل‌توجهي از هزينه‌ها و ميزان مصرف انرژي خواهند كاست و بر كاربردهاي اين تجهيزات خواهند افزود.

به گفته دكتر دکوتر، ساخت اين تراشه‌ها اكنون بسيار هزينه‌بر است، ولي با گذشت زمان بسيار ارزان‌تر خواهد شد. به ديل اين كه تمام مدارها بر روی يك تراشه قرار دارد، فرآيند توليد بسيار اثر بخش‌تر خواهد بود و تراشه‌هاي CMOS فركانس بالا، در حجم وسيع و با هزينه‌هاي بسيار كمتر ساخته خواهد شد.

پتانسيل بالا

پتانسيل تراشه‌هاي CMOS در ارتباطات ريزموجي بسيار بالاست. به گفته پروفسور هربرت زیرات، يكي از اعضاي IMPACT و استاد دانشگاه فناوري سوئد، CMOS مي‌تواند در ارتباطات از راه دور و مدارهای راداری[7] چون تلفن‌هاي همراه، شبکه‌هاي داخلی  بي‌سيم (WLAN) و پيوندهايي سريع، كه تعداد زيادي از كاركردها در آنها جمع شده‌اند، كاربرد داشته باشند. از آن جا كه CMOS با توليد انبوه  بسيار اقتصادي است و مي‌تواند در كاهش هزينه‌ها بسيار مؤثر باشد.

تراشه‌هاي CMOS نوع مهمي از مدارهاي مجتمع هستند كه شامل ميكروپردازشگرها، ميكروكنترل‌کننده‌ها، حافظه‌هاي ايستا و ديگر مدارهاي ديجيتال مي‌شوند. این كاركردهاي متفاوت مي‌توانند در يك تراشه متمركز شوند كه علاوه بر كاهش هزينه‌ها، پيچيدگي تجهيزاتي چون دوربين‌هاي ديجيتال را كاهش خواهد داد.

تراشه‌هاي CMOS تنها زماني كه ترانزيستورهايشان خاموش و روشن می‌شوند، انرژي مصرف مي‌كنند. بنابراين انرژي كمتري مصرف می‌شود و دماي كمتري نسبت به تراشه‌هاي عادي توليد مي‌شود كه اين براي ارتباطات از راه دور ايده‌آل است.

به جلو راندن خط مقدم فناوري

گروه ‌IMPACT ، دو موفقيت مهم به ثبت رسانیده است. نخست آن كه آن‌ها به خصوصيات عملكردي مورد نظر در قيمت پايين‌تر و سطح پايين‌تري از مصرف انرژي دست يافته‌اند كه با فناوري‌هاي موجود قابل دسترسي می‌باشد، سپس این كه آنها از آخرين خط فناوري مدارها با فناوري CMOS فركانس بالا و آمپلي‌فايرهاي با نشانگرهاي دقيق و نوسانگرهاي با ولتاژ كنترل شده که از لحاظ عملکرد دارای رکورد جهانی هستند، گذشته‌اند. پروژه، حمايت مشتاقانه طرف‌هاي صنعتي را به دست آورده است.

اريكسون اظهار مي‌كند، پروژه به چشم‌انداز راهبردي خود براي استفاده از طيف فركانس‌هاي ريزموجي دست يافته است و مزيت اصلي اين پروژه در اين نکته بوده است كه با كاربردهاي مشخص شروع شده است. پروژه حتي ممكن است برای كتاب سال تحقيقات 2005 اتحاديه اروپا، كه تحقيقات برتر را بازتاب مي‌دهد، انتخاب شود.

فناوري CMOS، در اندازۀ 90 نانومتري هم‌اكنون مورد استفاده است. به طور مثال كاربردهايي كه اريكسون براي سه سال آينده از اين فناوري در نظر گرفته است شامل ساماندهي شبكه‌هاي داخلي بي‌سيم چون ‌WiFi و نقاط اتصال به جریان[8] در بازه فركانس 5 تا 6 گيگاهرتز است.

شرکت Philips ، طرف ديگر پروژه، کاربرد اصلي فناوري CMOS را ايجاد راه حل‌های اقتصادي و تأثيرگذار بر قيمت، براي ارتباطات بي‌سيم كه يك بازار نوظهور مهم و با كاربردها و محصولات بالقوه فراوان است، مي‌داند.

Philips اعتقاد دارد، اين فناوري امكان بي‌سيم شدن را براي وسائل الكترونيكي فراهم خواهد آورد و تمام محصولات تمام الكترونيكي امكان بي‌سيم شدن و در نتيجه، تعاملات دستگاه با دستگاه را خواهند داشت.

این مسأله تنها توليدات سطح بالا و تجملي را در بر نخواهد گرفت، بلكه مي‌تواند توليدات سطح پايين‌تري چون واکمن‌ها و MP3 Playerها را در برگيرد.

البته چنین تجهیزاتی شديداً به یکپارچه‌کردن فناوري فركانس بالا و کارکردهای آنالوگ با فناوري CMOS در زمان معین و با هدف يافتن راه‌حل‌هاي اقتصادي و سامانه‌روی‌تراشه[9] وابسته است كه البته IMPCAT مسير طولاني از این راه را پيموده است.

در زمان مناسب، IMPCAT قصد راه‌اندازي يك پروژه‌ي تكميلي دارد كه در صورت امكان تراشه‌هاي CMOS را با فرآيندهای در اندازۀ 45 نانومتر توليد كند.

دكتر دکوتر مي‌گويد: اگر به اندازۀ CMOS ديجيتال نگاه كنيد. خواهيد ديد كه تا حدود 65 نانومتر همان رويكرد مربوط به تراشه‌هاي قبلي به كار گرفته مي‌شود. اما در قطع 45 نانومتر و پايين‌تر تقريباً مواد جديد و چینش جديدي از آن‌ها مطرح است كه ما در حال كشف آن هستیم. ما مي‌خواهيم ببينيم، براي توليد يك تراشه 45 نانومتري كه كاركردهاي فركانس بالا و آنالوگ را داشته باشد، چه تحولی باید در فناوری تولید و  مواد جديد به وجود بیاید.

مزيت‌هايي كه چنين تراشه‌اي مي‌تواند ايجاد كند مي‌تواند شامل اندازه كوچكتر تراشه و پتانسيل براي عملكرد بهتر و مصرف كمتر انرژي با همان كاركرد باشد كه البته اين بستگی دارد که محققان تا چه حد به موفقیت دست یابند.