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Piccole antenne wireless eliminano i cavi tra i chip

Mentre i circuiti integrati diventano sempre più piccoli, le antenne non possono seguire la stessa tendenza a causa di un compromesso tra le dimensioni e le prestazioni. Scienziati dell’UE hanno proposto progetti rivoluzionari di antenne per trasmettere dati tra chip in modalità wireless.
Piccole antenne wireless eliminano i cavi tra i chip
Nell’ambito di MIANT (Monolithic integrated antennas), gli scienziati hanno utilizzato parti dei circuiti per ridurre significativamente le dimensioni generali dell’antenna e hanno proposto modi di superare i problemi di interferenza tra i componenti del circuito.

In particolare, il team ha proposto l’utilizzo di circuiti analogici come elementi di radiazione delle antenne integrate che, a tal fine, sono stati suddivisi in patch e utilizzati come elettrodi per le antenne. Questo consente di ottenere un utilizzo ottimale dell’area dei chip in quanto le antenne condividono con i circuiti la stessa struttura di metallizzazione. Il piano di terra del circuito è costruito nello strato superiore di metallizzazione del processo di semiconduttore metallo-ossido complementare (CMOS).

Il gruppo di lavoro ha adottato contemporaneamente tecniche numeriche e sperimentali a fine di risolvere problemi cruciali che ostacolavano un’integrazione efficace delle antenne. Il substrato in silicio delle antenne integrate presenta elevate perdite dielettriche nella gamma delle microonde, mentre un substrato ad alta resistività consentiva di ridurre al minimo questo effetto negativo. Inoltre gli scienziati hanno usato substrati molto sottili per ridurre il volume quando si verificano perdite. I risultati hanno dimostrato che l’integrazione dell’antenna in substrati molto sottili permette alte velocità di dati chip-to-chip che possono raggiungere fino a 10 Gbps.

Un’altra parte del lavoro è stata dedicata alla produzione di un set up sperimentale per studiare i problemi di interferenza tra i circuiti digitali integrati e il legame chip-to-chip. Questo set-up consiste in un’antenna su chip integrata nel piano di terra del CMOS e circuiti digitali sotto l’antenna. Quando il circuito digitale è in funzione, il transistor invia un rumore di commutazione all’accesso dell’antenna.

Ciononostante si è riscontrato che questo rumore è più basso rispetto al rumore termico quando l’antenna funziona a 24 GHz e il segnale di commutazione ha una frequenza di 25 MHz. Una nuova formula di estrapolazione stima la frequenza alla quale il rumore di commutazione diventa più basso rispetto al rumore termico.

Fatta eccezione per i sistemi digitali, gli studi incentrati sulle antenne integrate registrano importanti implicazioni in termini di efficienza di raccolta dei dati per i sensori.

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Keywords

Wireless, antenne, circuiti, MIANT, antenne integrate, piani di terra, chip-to-chip