Chip Penerima 5G Baru yang Siap Meningkatkan Perangkat Wearable dan IoT

Peneliti dari MIT telah merancang chip penerima yang kompak dan berdaya rendah untuk perangkat pintar 5G yang lebih kecil, menjanjikan untuk membuatnya lebih efisien dan fungsional.

Penerima ini menunjukkan ketahanan yang tinggi terhadap interferensi. Chip baru ini sebenarnya hingga tiga puluh kali lebih tahan terhadap interferensi harmonik dibandingkan beberapa penerima nirkabel yang ada.

Selain itu, chip ini dapat membuat perangkat bertahan lebih lama dengan memberikan daya tahan baterai yang meningkat. Hal ini menjadikan penerima baru ini sempurna untuk perangkat Internet of Things (IoT) berbasis baterai seperti termostat pintar dan sensor lingkungan, serta kamera pintar, sensor pemantauan industri, dan perangkat wearable yang harus beroperasi dalam jangka waktu yang lama.

Desain inovatif utama dari penerima, bersama dengan mekanisme penyaringan pasifnya, memungkinkan perangkat mengkonsumsi kurang dari satu milivatt (satu per seribu watt) daya statis. Tidak hanya menghemat energi, tetapi juga mencegah gangguan perangkat dengan melindungi baik input maupun output penguat penerima dari sinyal yang tidak diinginkan.

Pendekatan baru lainnya yang diambil oleh para peneliti di sini melibatkan susunan kapasitor bertumpuk yang telah diisi muatan sebelumnya. Kapasitor ini juga terhubung oleh jaringan saklar kecil yang memerlukan daya jauh lebih sedikit untuk dihidupkan dan dimatikan dibandingkan yang biasanya digunakan pada penerima IoT.

Baik penguat maupun jaringan kapasitor pada penerima diatur dengan cermat untuk memanfaatkan fenomena dalam penguatan yang memungkinkan chip menggunakan kapasitor yang jauh lebih kecil daripada yang biasanya diperlukan.

Ini berarti perangkat pintar seperti wearable dan sensor dapat dibuat lebih kecil sambil memiliki masa pakai baterai yang lebih lama, kata penulis utama makalah, Soroush Araei, yang merupakan mahasiswa pascasarjana teknik listrik dan ilmu komputer (EECS) di MIT.

Selain itu, perangkat ini akan lebih dapat diandalkan di lingkungan radio yang padat seperti jaringan kota pintar atau lantai pabrik. Secara keseluruhan, “penerima ini dapat membantu memperluas kemampuan perangkat IoT,” kata Araei.

Makalah tentang desain penerima baru, yang disebut “Penerima N-Path dengan Penguatan Tambahan yang Menekan Harmonik dan Clock Bootstrapping untuk Aplikasi IoT, dipresentasikan baru-baru ini pada IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium.

Merevisi Penerima

Dalam perangkat IoT, penerima berfungsi sebagai perantara antara perangkat dan lingkungannya. 

Tugas komponen ini adalah mendeteksi dan memperkuat sinyal nirkabel yang dipancarkan oleh perangkat atau sensor lain, menyaring segala noise dan interferensi, lalu mengubah sinyal tersebut menjadi data digital untuk diproses. Jadi, penerima memiliki dampak signifikan pada konektivitas perangkat IoT serta masa pakai baterainya.

Saat merancang penerima, fokus utama adalah operasi berdaya rendah dan ukuran kompak. Mereka harus cukup kecil dan ringan untuk dipasang pada berbagai perangkat IoT berbasis baterai. Selain biaya yang efektif untuk adopsi yang lebih luas, penerima juga harus kompatibel dengan berbagai standar dan protokol komunikasi serta memiliki selektivitas tinggi untuk menyaring sinyal yang tidak diinginkan di lingkungan yang padat.

Biasanya, penerima IoT beroperasi pada frekuensi tetap dan menggunakan filter satu pita sempit yang sederhana dan murah untuk menekan noise. Meskipun efektif, mereka tidak benar-benar mengikuti kemajuan teknologi yang terus berlangsung.

Dengan munculnya teknologi jaringan seluler generasi kelima (5G), kini kita mendapatkan kecepatan yang lebih tinggi, latensi yang lebih rendah, dan kapasitas yang meningkat dibandingkan pendahulunya.

Dengan memungkinkan perangkat berkapabilitas rendah yang lebih hemat energi dan terjangkau, 5G membuka pintu bagi aplikasi IoT inovatif. Artinya, generasi berikutnya perangkat IoT membutuhkan penerima yang mampu beroperasi pada rentang frekuensi luas sambil tetap ekonomis dan hemat energi, yang “sangat menantang.”

Seperti yang dijelaskan Araei:

“Sekarang kami tidak hanya perlu memikirkan daya dan biaya penerima, tetapi juga fleksibilitas untuk mengatasi banyak interferensi yang ada di lingkungan.”

Ini berarti insinyur tidak dapat bergantung pada filter off-chip yang besar, biasanya digunakan pada perangkat yang beroperasi pada rentang frekuensi luas, untuk menurunkan biaya, ukuran, dan konsumsi daya perangkat IoT.

Sementara jaringan kapasitor internal dengan kemampuan menyaring sinyal yang tidak diinginkan menawarkan solusi, mereka rentan terhadap jenis noise khusus yang disebut interferensi harmonik, yang tim peneliti atasi beberapa tahun lalu.

Dalam makalah mereka sebelumnya, yang dipublikasikan pada tahun 2023, peneliti MIT meletakkan dasar untuk chip penerima novel mereka.

Pada saat itu, mereka membangun jaringan saklar-kapasitor untuk mengatasi sinyal harmonik yang tidak diinginkan di awal rantai penerima. Noise tersebut disaring sebelum diperkuat dan diubah menjadi bit digital untuk diproses.

Dengan interferensi sinyal memperlambat kinerja perangkat dan menguras baterai, fokusnya adalah merancang perangkat yang dapat memblokir sinyal yang tidak diinginkan secara efisien, tugas yang sangat menantang dan semakin diperparah oleh adopsi luas jaringan 5G serta generasi sistem komunikasi nirkabel masa depan yang sedang dikembangkan.

Untuk menghilangkan kebutuhan akan filter yang besar dan mahal untuk memblokir rentang sinyal, peneliti mengembangkan arsitektur sirkuit yang memblokir noise pada input tanpa memengaruhi kinerjanya.

“Kami tertarik mengembangkan sirkuit elektronik dan sistem yang memenuhi tuntutan 5G dan generasi sistem komunikasi nirkabel masa depan.”

– Penulis senior Negar Reiskarimian, Asisten Profesor Pengembangan Karir Konsorsium X-Window di EECS pada saat itu

Penerima bahkan memblokir interferensi berdaya tinggi tanpa menambah noise ke proses sinyal. Chip ini mencapai kinerja pemblokiran interferensi harmonik sekitar empat puluh kali lebih baik dibandingkan banyak penerima lebar pita, tanpa memerlukan perangkat keras atau sirkuit tambahan, sehingga memudahkan produksi chip secara massal.

“Dalam merancang sirkuit kami, kami mencari inspirasi dari domain lain, seperti pemrosesan sinyal digital dan elektromagnetik terapan. Kami percaya pada keanggunan dan kesederhanaan sirkuit serta berusaha menghasilkan perangkat keras multifungsi yang tidak memerlukan daya tambahan dan area chip tambahan.”

Keanggunan Rekayasa Chip

Peneliti MIT mengembangkan chip penerima menggunakan arsitektur mixer-pertama. Di sini, sinyal frekuensi radio (RF) diubah menjadi sinyal frekuensi lebih rendah saat diterima oleh perangkat, sebelum diteruskan ke konverter.

Ini memungkinkan cakupan rentang frekuensi yang luas sambil menyaring noise yang dekat dengan frekuensi operasi. Namun, penerima mixer-pertama rentan terhadap interferensi harmonik.
Interferensi harmonik berasal dari sinyal dengan frekuensi lebih tinggi daripada frekuensi operasi perangkat. Frekuensi ini sulit dibedakan dari sinyal asli saat waktu konversi tiba.

“Banyak penerima lebar pita lainnya tidak melakukan apa‑apa terhadap harmonik sampai saat memeriksa arti bit. Mereka melakukannya kemudian dalam rantai, tetapi ini tidak efektif jika ada sinyal berdaya tinggi pada frekuensi harmonik. Sebaliknya, kami ingin menghilangkan harmonik sesegera mungkin untuk menghindari kehilangan informasi.”

– Araei 

Jadi, yang dilakukan tim adalah mengambil penyaringan digital blok dan mengadaptasinya ke domain analog menggunakan kapasitor.

Kapasitor diisi muatan saat sinyal diterima, kemudian dimatikan untuk menyimpan muatan tersebut untuk pemrosesan data kemudian.

Kapasitor ini dapat dihubungkan dengan berbagai cara. Menghubungkannya secara paralel adalah salah satu cara yang memungkinkan kapasitor ini bertukar muatan yang disimpan, dan meskipun ini dapat mengatasi interferensi harmonik, hal itu berujung pada kehilangan sinyal. Pilihan lain adalah menumpuk kapasitor, tetapi dengan sendirinya tidak cukup untuk memberikan ketahanan terhadap interferensi harmonik.

Solusinya adalah mengatur kapasitor dengan sangat presisi, yang memungkinkan perangkat memblokir interferensi harmonik tanpa kehilangan informasi.

Menggunakan berbagi muatan dan penumpukan kapasitor secara bersamaan belum pernah dilakukan sebelumnya, hingga tim menemukan bahwa hal itu menguntungkan bila dilakukan secara simultan. Seperti yang dicatat Araei, mereka bahkan “menemukan cara melakukannya secara pasif dalam mixer tanpa menggunakan perangkat keras tambahan sambil mempertahankan integritas sinyal dan menjaga biaya tetap rendah.”

Saat menguji perangkat, yang melibatkan pengiriman sinyal yang diinginkan dan interferensi harmonik secara bersamaan, para peneliti menemukan chip mereka efektif memblokir sinyal harmonik, dengan hanya sedikit penurunan kekuatan sinyal.

Chip ini sebenarnya mampu menangani sinyal yang 40 kali lebih kuat dibandingkan penerima lebar pita canggih sebelumnya.

Klik di sini untuk mempelajari bagaimana jalur menuju 6G dapat dipenuhi dengan graphene.

Menuju Perangkat 5G Skala Besar yang Mengumpulkan Energi

Dalam penelitian terbaru bulan ini, peneliti MIT memperluas pendekatan mereka. Apa yang mereka lakukan adalah menggunakan jaringan saklar-kapasitor sebagai jalur umpan balik dalam penguat dengan penguatan negatif. Konfigurasi khusus ini memanfaatkan efek Miller.

Dinamai setelah John Milton Miller, yang pertama kali menjelaskannya pada tahun 1920, efek Miller menggambarkan situasi di mana kapasitansi (kemampuan suatu objek menyimpan muatan listrik) antara input dan output penguat muncul sebagai kapasitansi yang lebih besar pada input.

Efek ini memungkinkan kapasitor kecil berperilaku seperti kapasitor yang jauh lebih besar.

“Trik ini memungkinkan kami memenuhi persyaratan penyaringan untuk IoT pita sempit tanpa komponen fisik yang besar, yang secara drastis memperkecil ukuran rangkaian.”

– Araei 

Penerima yang dirancang oleh peneliti memiliki area aktif kurang dari 0,05 milimeter persegi. Ada satu tantangan yang harus diatasi peneliti, yaitu menentukan berapa banyak tegangan yang cukup untuk menggerakkan saklar sambil menjaga suplai daya chip tetap rendah, hanya 0,6 volt.

Namun, jika tegangan yang dibutuhkan untuk switching terlalu rendah, saklar sekecil itu dapat menyala atau mati secara keliru ketika ada sinyal interferensi. Untuk itu, peneliti menggunakan metode sirkuit khusus.

Metode yang disebut bootstrap clocking meningkatkan tegangan kontrol cukup untuk memastikan saklar berfungsi akurat sambil mengonsumsi lebih sedikit daya dan elemen dibandingkan teknik peningkatan clock konvensional.

Semua inovasi bersama memungkinkan penerima baru menggunakan daya kurang dari satu milivatt (mW) sambil memblokir jauh lebih banyak interferensi harmonik dibandingkan penerima IoT konvensional. Menurut Araei:

“Chip kami juga sangat tenang, dalam arti tidak mencemari gelombang udara. Hal ini disebabkan karena saklar kami sangat kecil, sehingga jumlah sinyal yang dapat bocor dari antena juga sangat kecil.”

Prototipe penerima (RX) diimplementasikan dengan teknologi 22-nm fully depleted silicon-on-insulator (FD-SOI), menempati 0,048 mm² dan mengonsumsi daya antara 1,27‑5,48 mW. Penerima beroperasi pada rentang frekuensi 0,25‑3 GHz dan mencapai titik kompresi blocker 1‑dB (B1dB) sebesar -3/-2 dBm pada harmonik ke‑3/ke‑5, masing‑masing. Kebocoran osilator lokal (LO) pada port antena juga menunjukkan kinerja superior dibandingkan desain terkini, dengan nilai terburuk -73 dBm di seluruh rentang frekuensi.

Karena berukuran lebih kecil dibandingkan perangkat konvensional, serta mengandalkan kapasitor dan saklar yang telah diisi muatan daripada elektronik yang lebih kompleks, penerima ini dapat diproduksi dengan biaya lebih rendah.

Selain itu, dengan desain penerima yang dapat mencakup rentang frekuensi sinyal yang luas, ia dapat diimplementasikan pada berbagai perangkat IoT yang ada dan yang akan datang.

Didukung sebagian oleh National Science Foundation, para peneliti telah mengembangkan prototipe dan kini berupaya memungkinkan penerima mereka beroperasi tanpa pasokan daya khusus. Untuk memberi daya pada chip, mereka dapat memanfaatkan sinyal Bluetooth atau Wi‑Fi dari lingkungan.

Investasi di Pasar Sirkuit Terintegrasi Analog dan Mixed-Signal

Ketika berbicara tentang investasi di sektor ini, salah satu perusahaan paling relevan untuk dijelajahi adalah Analog Devices (ADI ). Pemain utama dalam semikonduktor analog dan mixed-signal, ADI mengembangkan konverter data, penguat, IC frekuensi radio (RF), prosesor edge, manajemen daya, dan sensor lainnya. Mereka juga berinvestasi dalam arsitektur hemat energi untuk perangkat nirkabel.

Analog Devices  

Jika kita melihat kinerja pasar saham ADI, saat ini diperdagangkan pada $234,68, naik 10,46% sejak awal tahun. Saham perusahaan ini sebenarnya telah menikmati tren pasar positif selama lebih dari satu dekade, dengan harga mencapai puncak tertinggi hampir $244 awal tahun ini. Bahkan setelah mengalami penurunan hingga hampir $164 pada April bersamaan dengan pasar luas, sahamnya telah pulih dengan baik, mencatat kinerja positif sekitar 42,5%.

Dengan itu, perusahaan memiliki EPS (TTM) sebesar 3,67 dan P/E (TTM) sebesar 64,03. Dividen yield sebesar 1,69% juga ditawarkan kepada pemegang saham.

Mengenai keuangan perusahaan, Analog Devices melaporkan pendapatan sebesar $2,64 miliar untuk kuartal kedua fiskal 2025, yang berakhir pada 3 Mei 2025. Dengan pertumbuhan dua digit YoY tercatat di semua pasar akhir, perusahaan memiliki arus kas operasi sebesar $3,9 miliar dan arus kas bebas sebesar $3,3 miliar dalam basis dua belas bulan terakhir.

“ADI mencatat pendapatan kuartal kedua dan laba per saham di atas batas atas panduan,” kata CEO Vincent Roche. “Di tengah volatilitas perdagangan global, kinerja kami mencerminkan pemulihan siklus yang berkelanjutan, serta kekuatan dan ketahanan model bisnis kami. Komitmen tak tergoyahkan kami terhadap inovasi dan keberhasilan pelanggan memungkinkan ADI terus memperluas kepemimpinan kami di Intelligent Edge yang semakin didorong AI, memberikan nilai luar biasa bagi pemegang saham baik dalam jangka pendek maupun jangka panjang.”

Permintaan yang meningkat yang dicatat oleh Analog Devices pada kuartal lalu, menurut CFO Richard Puccio, juga mendukung prospek pertumbuhan berkelanjutan pada kuartal berikutnya dan memperkuat pandangan mereka bahwa “kami berada dalam fase pemulihan siklus.”

Untuk kuartal ketiga fiskal 2025, mereka memperkirakan pendapatan sebesar $2,75 miliar dan margin operasi sebesar 27,2%. EPS diperkirakan sekitar $1,23.

Selama kuartal kedua, perusahaan mengembalikan $0,7 miliar kepada pemegang saham melalui dividen dan pembelian kembali. Dividen tunai kuartalan sebesar $0,99 per saham juga diumumkan oleh dewan, yang akan dibayarkan pada 18 Juni 2025.

Dividen ini mencerminkan kenaikan 8%, diumumkan pada Februari tahun ini, menandai 21 tahun berturut-turut dividen yang lebih tinggi. Pada saat yang sama, mereka memperoleh otorisasi untuk membeli kembali tambahan $10 miliar saham biasa mereka.

“Model bisnis ADI yang tangguh dan rekam jejak memberikan pertumbuhan yang menguntungkan memungkinkan kami mengembalikan 100% arus kas bebas kepada pemegang saham dalam jangka panjang.”

– Roche

Sementara itu, bulan ini, perusahaan meluncurkan dana modal ventura korporat (CVC) bernama ADVentures (ADV) dengan tujuan berinvestasi pada peluang baru yang akan menentukan frontier inovasi dan dampak.

Fokusnya akan pada ide-ide awal yang mengembangkan solusi revolusioner di bidang Kesehatan Manusia, Sistem & Robotika Lanjutan, serta Iklim & Energi, dengan minat khusus pada area seperti AI, arsitektur komputasi, modalitas sensor baru, dan konektivitas aman.

Pada Januari tahun ini, Analog Devices juga memperoleh dukungan dari Departemen Perdagangan AS, yang menandatangani empat kontrak non‑binding, dimana mereka akan menyediakan hingga $105 juta pendanaan langsung kepada perusahaan. Kontrak tersebut merupakan bagian dari CHIPS and Science Act, yang dirancang untuk meningkatkan industri semikonduktor domestik.

Berfokus pada memungkinkan inovasi di Intelligent Edge, investasi ini akan membantu memperkuat pelatihan tenaga kerja dan kemitraan serta mengelola jejak lingkungan mereka.

Berita dan Perkembangan Saham Analog Devices (ADI) Terbaru

Kesimpulan

Dengan perangkat IoT generasi berikutnya yang akan memanfaatkan teknologi 5G, penerima harus mampu menangani rentang frekuensi yang luas dengan konsumsi daya dan biaya yang rendah.

Teknologi penerima yang ditingkatkan di sini dapat menghasilkan konektivitas yang lebih baik, masa pakai baterai yang lebih lama, dan kinerja yang lebih dapat diandalkan untuk perangkat IoT, yang pada gilirannya memungkinkan beragam aplikasi di bidang rumah pintar, otomasi industri, perawatan kesehatan, dan pemantauan lingkungan.

Seiring permintaan akan teknologi penerima yang hemat energi dan tahan interferensi menjadi kritis, desain penerima kompak berdaya rendah MIT dapat membantu perangkat pintar mencapai kinerja yang lebih baik dan fungsionalitas yang meningkat, menghasilkan wearable dan perangkat IoT yang lebih pintar, lebih kecil, dan lebih tahan lama untuk dunia yang benar-benar terhubung!

Klik di sini untuk mempelajari bagaimana sistem daya baru meningkatkan pengisian nirkabel.