00

Новая схемотехника сделает электронные устройства более долговечными

Новая схемотехника сделает электронные устройства более долговечными

Исследователи из Центра перспективных научных исследований (Advanced Science Research Center, ASRC) в Нью-Йорке представили свою разработку, которая позволяет нивелировать влияние дефектов схемы на передачу сигнала.

Люди все больше зависят от мобильных телефонов, планшетов и других мобильных устройств, которые делают повседневную жизнь более комфортной. Но эти устройства подвержены поломкам, частой причиной которых становятся небольшие дефекты в сложных электронных схемах, появляющиеся из-за постоянного использования.

Ученые из ASRC и их коллеги из Техасского университета и Тель-Авивского университета вдохновились работой трех британских ученых, которые в 2016 году получили Нобелевскую премию по физике за исследования топологических фазовых переходов и топологических фаз. Британские ученые обнаружили, что определенные свойства материи (например, электрическая проводимость) в определенных материалах может сохраняться в разных фазах.

Стабильность может быть вызвана сигналом внутри самой схемы

«В последние годы большой интерес вызывает вопрос, можно ли перенести эту концепцию топологии материи на распространение света», – говорит Андреа Алу (Andrea Alù), руководитель инициативы в области фотоники ASRC. – «Мы достигли уже двух целей. Мы показали, что: во-первых, с помощью развития топологии мы можем обеспечить стабильное распространение электромагнитных волн в электронике и компонентах электронных схем; во-вторых, внутренняя устойчивость связана с феноменом топологии сигнала, который проходит по схеме. Этот сигнал может быть самостоятельно индуцирован, соответственно, стабильность можно достичь путем создания соответствующих нелинейностей в схемах».

Для формирования диаграмм матричных схем использовались нелинейные резонаторы. Матрица была расположена таким образом, чтобы изменение интенсивности сигнала могло привести к изменению топологии диаграммы. При этом схема была построена так, что при низкой интенсивности сигнала поддерживалась тривиальная топология без защиты от дефектов. Как только в матрице появлялся дефект, передача сигнала и функциональность схемы ухудшались.

Когда напряжение превышало определенный порог, топология диаграммы автоматически подстраивалась под него, и дефект переставал влиять на передачу сигнала. Это прямое доказательство топологического перехода в схеме, который ведет к самоиндуцированной устойчивости к дефектам и помехам.

Математическая концепция и реальные схемы

«Когда мы пустили по схеме сигнал высокого напряжения, система сама изменила топологию – она расширилась за счет цепочки резонаторов. Благодаря этому сигнал передавался без проблем», – говорит А. Ханикаев, соавтор исследования. – «Поскольку система нелинейна, она может изменять свое состояние для обеспечения стабильности передачи сигнала даже при наличии дефектов или повреждений схемы».

Якир Хадад (Yakir Hadad), профессор Тель-Авивского университета и еще один соавтор исследования, рассказывает: «Эти идеи открывают прекрасные возможности для повышения стабильности и надежности электроники и показывают, как сложные математические концепции, такие как топология, могут быть применены к реальным схемам. Эти идеи можно перенести на нелинейные оптические схемы и двух- и трехмерные нелинейные метаматериалы».

Возврат к списку

Хотите подписаться на статьи электронного журнала "Электрорешения"?