Cambridge Analog Technologies es una entidad que ha descubierto cómo reducir la disipación energética de los circuitos analógicos en ADC o capacitores de switching que generan los llamados cuellos de botella (bottlenecks) analógicos en múltiples dispositivos.
(ElectronicosOnline.com Magazine / Oswaldo Barajas).- Hoy en día una semántica importante de la industria electrónica conformada por las comunicaciones, médico, automotriz, electrónica de consumo y dispositivos inalámbricos, por mencionar algunos, dependen enormemente de los system on chip (SoC) los cuales a su vez se integran en circuitos analógicos de un dispositivo.
Aunque a la fecha el escalamiento tecnológico ha permitido aumentar la eficiencia de disipación energética sobre los mismos circuitos analógicos, muchas aplicaciones con estos componentes reaccionan negativamente a esta técnica provocando fallas denominadas cuellos de botella (bottlenecks) analógicos.
Algunos de los anteriores circuitos analógicos en pugna con el escalamiento tecnológico para la disipación de energía y que reaccionan creando bottlenecks son los Convertidores Analógicos-Digitales (ADC) y otros capacitores de switching. Cabe señalar que dicho escalamiento ha sido todo un hito tecnológico en el caso de los circuitos digitales, donde su aplicación ha promovido el incremento de recursos de operatividad y respuesta.
Para romper con esta barrera de desarrollo electrónico, la empresa Cambridge Analog Technologies ha diseñado un método que permite optimizar la disipación de energía para ADCs y capacitores varios una vez comprendido que ciertas mezclas de integración provocan un desajuste físico del propio sistema. Por ejemplo, la adición de un Amplificador Operacional (Op-Amps) sobre circuitos analógicos destinados a trabajar en entornos de procesamiento de señales mixtas puede traer como consecuencias la fulminación operativa del sistema, pues ha llegado a ser considerado el propio Op-Amp como “bala de plata” para los circuitos analógicos, según la opinión del Dr. Kush Gulati, co-fundador de la empresa Cambridge Analog Technologies y miembro activo de la IEEE.
Tipos de Op-amps.
La razón de dicha enemistad entre el Op-Amp y algunos circuitos analógicos se debe a que el Amplificador disminuye la sensibilidad de los circuitos non-idealities lo que como resultado se obtiene un mayor consumo de energía del sistema.
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De acuerdo a una serie de estudios en el año 2005 encabezados por el profesor Hae-Seung Lee, también co-fundador de la firma Cambridge y socio de Kush, este conflicto puede ser solucionado con el uso de un nuevo capacitor de switching basado en un comparador (CBSC) y metodologías de diseño de circuitos basadas en paso por cero o zero-crossing para la probación de sistemas de datos que tienen como finalidad la eliminación del uso de Amplificadores Operacionales.
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El documento técnico vertido en el sitio de Internet de Cambridge Analog Technologies sostiene que además de la robustez que brinda la nueva solución llamada “CAT PUMA” de esta empresa para el diseño de proyectos con circuitos analógicos Op-Amps, existen otras ventajas destacables de los circuitos zero-crossing en comparación con los circuitos basados en Op-Amps.
de segmentación tradicional de un convertidor ADC en el que se utiliza un Amplificador Operacional en retroalimentación para forzar su entrada a una condición virtual de tierra. Este proceso obliga a transferir la carga del capacitor C1 al C2. En este punto para pretender una mayor precisión del ADC, el Op-amp necesita tnato una ganancia alta como buena velocidad al mismo tiempo. Esta dualidad de es muy compleja y difícil de lograr principalmente en los modernos procesos sub-micrométricos. En este aspecto el CAT´s PUMA de la empres Cambridge elimina la necesidad del Op-amp y da paso a la magnitud de reducción en disipación de energía.
“Desde que los comparadores o los detectores de cero paso son circuitos `open-loop´ no hay problemas de estabilidad. Por consiguiente un número arbitrario de puertas de ganancia baja puede ser desplegado para obtener ganancia alta. Más aun, la ganancia alta puede ser obtenida por la retroalimentación positiva o técnicas dinámicas que no pueden ser usadas en Op-Amps debido a que la inestabilidad y a los continuos ciclos de tiempo. Esto hace al detector de paso cero mucho más susceptible para las tecnologías micrométricas en comparación con los Amplificadores Operacionales. Además, los circuitos basados en zero-crossing son fundamentalmente más eficientes que los circuitos basados en Op-Amps”, comentó al respecto Kush Gulati en uno de sus artículos técnicos relacionados con esta nueva solución.
“La simplicidad de los comparadores en relación con los Op-amps, en particular el mínimo de polarización y el bajo ruido, sugieren una potencia mayor que una orden de magnitud de consumo bajo de energía por sobre las técnicas convencionales basadas en Op-amps en los mismos niveles de desempeño”, añadió Gulati.
CAT´s PUMA
La nueva solución denominada “CAT´s PUMA” que propone Cambridge Analog Technologies propone el uso dinámico del zero-crossing y técnicas basadas en comparadores que permiten la disminución del consumo de energía en circuitos analógicos como los convertidores ADCs, evitando el uso de otros componentes precursores de fallas en los sistemas como los Op-amps u otros capacitores. El resultado será según ha garantizado el muestreo documentado de la compañía Cambridge la eliminación de los llamados cuellos de botella analógicos o bien “analog bottlenecks”.
Cabe señalar que los robustos convertidores son más compatibles con procesos sub-micrométricos incluso basados en CMOS (Complementary Metal-Oxid Semidonductors) en comparación con los circuitos basados en Op-amps disponibles en el mercado ya que no afectan la ganancia de los transistores de una gran cantidad de dispositivos. Finalmente aquellas aplicaciones diseñadas con Sistemas de un solo Chip (SoC) resultarán también beneficiadas. |
