Yeni 5G Alıcı Çip, Giyilebilir Cihazları ve IoT Cihazlarını Güçlendirmeye Hazır

MIT araştırmacıları, daha küçük 5G akıllı cihazlar için kompakt, düşük güçlü bir alıcı çip tasarladı ve bu çipin bu cihazları daha verimli ve işlevsel hale getireceğini vaat ediyor.

Alıcı, parazite karşı büyük bir dayanıklılık gösteriyor. Bu yeni çip, mevcut bazı kablosuz alıcılara kıyasla harmonik parazite karşı otuz kat daha dayanıklı.

Ayrıca, çip cihazların pil ömrünü artırarak daha uzun süre çalışmasını sağlar. Bu, yeni alıcıyı aküyle çalışan Nesnelerin İnterneti (IoT) cihazları, örneğin akıllı termostatlar ve çevre sensörleri, ayrıca akıllı kameralar, endüstriyel izleme sensörleri ve uzun süre çalışması gereken giyilebilir cihazlar için mükemmel kılıyor.

Alıcının temel yenilikçi tasarımı ve pasif filtreleme mekanizması, cihazların statik güç olarak bir milivattan (bir wattın binde biri) daha az tüketmesini sağlar. Bu sadece enerji tasarrufu sağlamakla kalmaz, aynı zamanda alıcının amplifikatörünün giriş ve çıkışını istenmeyen sinyallerden koruyarak cihazın sıkışmasını da önler.

Araştırmacıların burada benimsediği bir diğer yeni yaklaşım, önceden şarj edilmiş yığılmış kapasitörlerin yeni bir düzenlemesini içeriyor. Bu kapasitörler ayrıca, IoT alıcılarında kullanılan geleneksel kapasitörlere göre açma/kapama için çok daha az güç gerektiren minik anahtarlar ağıyla da bağlanmıştır.

Hem amplifikatör hem de alıcının kapasitör ağı, çipin genellikle gerekenin çok daha küçük kapasitörler kullanmasını sağlayan bir amplifikasyon fenomeninden yararlanacak şekilde dikkatlice düzenlenmiştir.

Bu, akıllı cihazların, örneğin giyilebilir cihazların ve sensörlerin daha küçük yapılabilmesini ve daha uzun pil ömrüne sahip olmasını sağlıyor, diye belirtti makalenin baş yazarı Soroush Araei, MIT’de elektrik mühendisliği ve bilgisayar bilimi (EECS) yüksek lisans öğrencisi.

Ayrıca, bu cihazlar akıllı şehir ağları veya fabrika zeminleri gibi kalabalık radyo ortamlarında daha güvenilir olacak. Genel olarak, “alıcı IoT cihazlarının yeteneklerini genişletebilir,” dedi Araei.

Yeni alıcı tasarımı üzerine makale, “Harmonik Bastırmalı Kazanç Artırmalı N-Yolu Alıcı ve Saat Başlatma ile IoT Uygulamaları” adıyla, yakın zamanda IEEE Radyo Frekansı Entegre Devreler Sempozyumu’nda sunuldu.

Alıcıyı Yeniden Düşünmek

Bir IoT cihazında, alıcı cihaz ile çevresi arasında aracılık rolü üstlenir. 

Bu bileşenin görevi, diğer cihazlar veya sensörler tarafından iletilen kablosuz sinyalleri algılamak ve yükseltmek, gürültü ve paraziti filtrelemek ve ardından bu sinyalleri işlenmek üzere dijital verilere dönüştürmektir. Böylece alıcılar, IoT cihazının bağlantısı ve pil ömrü üzerinde önemli bir etkiye sahiptir.

Alıcı tasarlarken odak noktası düşük güç tüketimi ve kompakt boyuttur. Bu alıcıların, farklı pil ile çalışan IoT cihazlarına sığacak kadar küçük ve hafif olması gerekir. Geniş benimseme için maliyet etkinliğin yanı sıra, alıcıların farklı iletişim standartları ve protokollerle uyumlu olması ve kalabalık ortamlarda istenmeyen sinyalleri filtrelemek için yüksek seçiciliğe sahip olması gerekir.

Tipik olarak, IoT alıcıları sabit frekanslarda çalışır ve gürültüyü bastırmak için basit, ucuz tek dar bant filtreleri kullanır. Etkili olsalar da, devam eden teknolojik gelişmelerle tam uyum sağlayamazlar.

Beşinci nesil (5G) hücresel ağ teknolojisinin ortaya çıkmasıyla, önceki nesle kıyasla daha yüksek hızlar, daha düşük gecikme ve artan kapasite elde ediyoruz.

Daha enerji verimli ve uygun fiyatlı düşük kapasiteli cihazları mümkün kılan 5G, yenilikçi IoT uygulamaları için kapıları açıyor. Bu, bir sonraki nesil IoT cihazlarının, geniş bir frekans aralığında çalışabilen, ekonomik ve enerji verimli alıcılara ihtiyaç duyduğu anlamına geliyor; bu da “son derece zor” bir durum.

Araei şöyle açıkladı:

“Şimdi sadece alıcının güç ve maliyetini düşünmekle kalmamalı, aynı zamanda ortamda mevcut olan birçok paraziti ele alabilecek esnekliğe de ihtiyacımız var.”

Bu, geniş frekans aralığında çalışan cihazların maliyetini, boyutunu ve güç tüketimini düşürmek için genellikle kullanılan büyük dış devre filtrelerine mühendislerin artık güvenemeyeceği anlamına geliyor.

Kapasitör ağıyla istenmeyen sinyalleri filtreleme çözümü sunulsa da, bu ağlar harmonik parazit adı verilen özel bir gürültü türüne karşı hassastır; bu konu ekip tarafından birkaç yıl önce ele alınmıştı.

2023’te yayınlanan önceki makalelerinde, MIT araştırmacıları yeni alıcı çiplerinin temellerini attı.

O dönemde, alıcı zincirinin erken aşamasında istenmeyen harmonik sinyalleri ele almak için bir anahtar-kapasitör ağı inşa ettiler. Bu gürültü, yükseltilip dijital bitlere dönüştürülmeden önce filtrelendi.

Sinyal paraziti cihaz performansını yavaşlatıp pilleri boşalttığından, istenmeyen sinyalleri verimli bir şekilde engelleyen cihazlar tasarlamaya odaklanılıyor; bu görev özellikle 5G ağlarının yaygınlaşması ve hâlihazırda geliştirilen gelecek nesil kablosuz iletişim sistemleriyle daha da zorlaşıyor.

Büyük ve pahalı filtrelere duyulan ihtiyacı ortadan kaldırmak için, araştırmacılar performansı etkilemeden girişte gürültüyü engelleyen bir devre mimarisi geliştirdi.

“5G ve geleceğin kablosuz iletişim sistemlerinin gereksinimlerini karşılayan elektronik devreler ve sistemler geliştirmeye ilgi duyuyoruz.”

– Kıdemli yazar Negar Reiskarimian, o dönemde EECS’te X-Window Konsorsiyumu Kariyer Geliştirme Yardımcı Profesörü

Alıcı, ek donanım veya devre gerektirmeden, birçok geniş bant alıcıya kıyasla harmonik paraziti engellemede yaklaşık kırk kat daha iyi performans gösterdi; bu da çipin ölçekli üretimini kolaylaştırıyor.

“Devre tasarımlarımızda, dijital sinyal işleme ve uygulamalı elektromanyetik gibi diğer alanlardan ilham alıyoruz. Devre zarafeti ve sadeliğine inanıyoruz ve ek güç ve çip alanı gerektirmeyen çok işlevli donanımlar üretmeye çalışıyoruz.”

Çipin Mühendislik Zarafeti

MIT araştırmacıları, alıcı çipi karıştırıcı-öncelikli mimari kullanarak geliştirdi. Burada, radyo frekansı (RF) sinyali, cihaz tarafından alındıktan sonra daha düşük frekanslı bir sinyale dönüştürülür ve ardından dönüştürücüye iletilir.

Bu, çalışma frekansına yakın gürültüyü filtrelerken geniş bir frekans aralığını kapsamayı sağlar. Ancak, karıştırıcı-öncelikli alıcılar harmonik parazite eğilimlidir.

Harmonik parazit, cihazın çalışma frekansından daha yüksek frekanslı sinyallerden kaynaklanır. Bu frekanslar, dönüşüm zamanında orijinal sinyaldən ayırt edilmesi zor olabilir.

“Diğer birçok geniş bant alıcı, harmonikleri ancak bitlerin ne anlama geldiği zamanı ele alır. Zincirin daha sonraki aşamasında bunu yaparlar, ancak yüksek güçlü harmonik frekans sinyalleri varsa bu iyi çalışmaz. Bunun yerine, bilgi kaybını önlemek için harmonikleri mümkün olduğunca erken kaldırmak istiyoruz.”

– Araei 

Dolayısıyla ekip, blok dijital filtrelemeyi kapasitörler kullanarak analog alana uyarladı.

Kapasitörler sinyal alındığında şarj olur ve daha sonra veri işleme için bu yükü tutmak üzere kapatılır.

Bu kapasitörler birçok farklı şekilde bağlanabilir. Paralel bağlamak, kapasitörlerin depoladıkları yükleri değiş tokuş etmesini sağlar ve bu, harmonik paraziti ele alabilir, ancak sinyal kaybına yol açar. Diğer seçenek ise kapasitörleri yığmak; tek başına bu, harmonik parazite karşı yeterli dayanıklılık sağlamaz.

Çözüm, kapasitörleri çok hassas bir şekilde düzenlemekti; bu, cihazın harmonik paraziti engellemesini sağlarken hiçbir bilgi kaybı yaşanmıyordu.

Şarj paylaşımı ve kapasitör yığma birlikte kullanımı daha önce yapılmamıştı; ekip, bunu aynı anda yapmanın faydalı olduğunu keşfetti. Araei’nin belirttiği gibi, “ekstra donanım kullanmadan, karıştırıcı içinde pasif bir şekilde bunu yapmayı ve sinyal bütünlüğünü korurken maliyetleri düşük tutmayı başardık.”

Cihaz test edildiğinde, istenen sinyal ve harmonik parazit aynı anda gönderildi ve araştırmacılar çipin harmonik sinyalleri engellemede etkili olduğunu, sinyal gücünde sadece hafif bir azalma olduğunu buldular.

Çip, önceki gelişmiş geniş bant alıcılara kıyasla 40 kat daha güçlü sinyalleri işleyebildi.

6G yolunun grafen ile nasıl döşenebileceğini öğrenmek için buraya tıklayın.

Ölçeklenebilir, Enerji Toplayan 5G Cihazlarına Doğru

Bu ayın en yeni araştırmasında, MIT araştırmacıları yaklaşımlarını genişlettiler. Yaptıkları, anahtar-kapasitör ağını negatif kazançlı bir amplifikatörün geri besleme yolu olarak kullanmaktı. Bu özel konfigürasyon Miller etkisinden yararlanır.

John Milton Miller’in adını taşıyan Miller etkisi, bir amplifikatörün giriş ve çıkışı arasındaki kapasitansın (elektrik yükü depolama yeteneği) girişte daha büyük bir kapasitans gibi görünmesine neden olur.

Bu etki, küçük kapasitörlerin çok daha büyük kapasitörler gibi davranmasını sağlar.

“Bu hile, dar bantlı IoT için filtreleme gereksinimini fiziksel olarak büyük bileşenler olmadan karşılamamızı sağlıyor; bu da devrenin boyutunu büyük ölçüde küçültüyor.”

– Araei 

Araştırmacılar tarafından tasarlanan alıcının aktif alanı 0,05 mm²’den küçüktür. Araştırmacıların aşması gereken bir zorluk, anahtarları sürmek için yeterli voltajı uygularken çipin toplam güç kaynağını yalnızca 0,6 volt seviyesinde düşük tutmaktı.

Ancak, anahtarlama için gereken voltaj çok düşük olursa, bu kadar küçük anahtarlar, parazit sinyaller mevcut olduğunda hatalı açılıp kapanabilir. Bunun için araştırmacılar özel bir devre yöntemi kullandı.

Bootstrap saatleme adı verilen yöntem, kontrol voltajını yeterince artırarak anahtarların doğru çalışmasını sağlar; bu da geleneksel saat artırma tekniklerine göre daha az güç ve daha az eleman tüketir.

Tüm yenilikler bir araya geldiğinde, yeni alıcı bir milivattan (mW) daha az güç tüketirken geleneksel IoT alıcılarına göre çok daha fazla harmonik paraziti engelleyebiliyor. Araei’ye göre:

“Çipimiz aynı zamanda çok sessiz; yani radyo dalgalarını kirletmiyor. Bunun nedeni, anahtarlarımızın çok küçük olması ve antenden sızabilecek sinyal miktarının da çok az olmasıdır.”

Prototip alıcı (RX), 22-nm tam deplete silikon-on-izolasyon (FD-SOI) teknolojisiyle, 0,048 mm² alan kaplayarak 1,27-5,48 mW arasında güç tüketiyor. Alıcı, 0,25-3 GHz frekans aralığında çalışıyor ve 3. ve 5. harmoniklerde sırasıyla -3/-2 dBm blokaj 1-dB sıkıştırma noktasına (B1dB) ulaşmaktadır. Yerel osilatör (LO) sızıntısı da anten portunda tüm frekans aralığında -73 dBm en kötü durumda göstererek, son teknoloji tasarımlara kıyasla üstün performans sergiliyor.

Geleneksel cihazlardan daha küçük olması ve önceden şarj edilmiş kapasitörler ve anahtarlar kullanması, çipin daha maliyet etkin bir şekilde üretilebilmesini sağlar.

Ayrıca, alıcının geniş bir sinyal frekansı yelpazesini kapsayacak şekilde tasarlanması, mevcut ve gelecekteki çeşitli IoT cihazlarına uygulanabilmesini mümkün kılar.

Kısmen Ulusal Bilim Vakfı (NSF) tarafından desteklenen araştırmacılar, prototipi geliştirdikten sonra alıcının ayrı bir güç kaynağı olmadan çalışmasını hedefliyor. Çipi beslemek için ortamdan gelen Bluetooth veya Wi‑Fi sinyallerinden yararlanabilirler.

Analog ve Karma İşaret Entegre Devre Pazarına Yatırım

Sektöre yatırım yaparken, burada incelenmesi gereken en ilgili şirketlerden biri Analog Devices’ (ADI ) dir. Analog ve karma işaret yarı iletkenlerinde büyük bir oyuncu olan ADI, veri dönüştürücüler, amplifikatörler, radyo frekansı (RF) IC’leri, kenar işlemcileri, güç yönetimi ve diğer sensörler geliştirir. Ayrıca kablosuz cihazlar için enerji verimli mimarilere yatırım yapmaktadır.

Analog Devices  

ADI hisse senetlerinin piyasa performansına baktığımızda, şu anda hisse başına 234,68 $ fiyatla, yılbaşından bu yana %10,46 artış göstermektedir. Şirketin hisseleri, on yıldan fazla bir süredir olumlu bir piyasa trendi içinde olup, fiyatlar bu yılın başlarında neredeyse 244 $’a kadar yükselmişti. Nisan ayında, geniş piyasa ile birlikte neredeyse 164 $’a düşse de, o zamandan beri güzel bir toparlanma göstererek yaklaşık %42,5 pozitif performans kaydetti.

Buna ek olarak, EPS (TTM) 3,67 ve P/E (TTM) 64,03’tir. Şirket ayrıca hissedarlarına %1,69 temettü getirisi sunmaktadır.

Şirket finansallarına gelince, Analog Devices, 3 Mayıs 2025’te sona eren 2025 mali ikinci çeyreği için 2,64 milyar $ gelir açıkladı. Tüm son pazar segmentlerinde iki haneli yıllık büyüme kaydedildi; şirket 12 aylık bazda 3,9 milyar $ işletme nakit akışı ve 3,3 milyar $ serbest nakit akışı elde etti.

“ADI, ikinci çeyrek gelir ve hisse başına kazancı tahminlerin üst sınırının üzerinde teslim etti,” dedi CEO Vincent Roche. “Küresel ticaret dalgalanmaları ortamında, performansımız döngüsel toparlanmayı, iş modelimizin gücünü ve dayanıklılığını yansıtıyor. Yenilik ve müşteri başarısına olan sarsılmaz bağlılığımız, ADI’nin giderek AI odaklı Akıllı Kenar’da liderliğini sürdürmesini, hem yakın hem de uzun vadede hissedarlar için olağanüstü değer yaratmasını sağlıyor.”

Geçtiğimiz çeyrekte kaydedilen artan talep, CFO Richard Puccio’ya göre, bir sonraki çeyrekte de büyümeye devam etme beklentilerini destekliyor ve “döngüsel bir yükselişte olduğumuzu” görüşlerini pekiştiriyor.

2025 mali üçüncü çeyrek için, 2,75 milyar $ gelir ve %27,2 işletme marjı öngörülüyor. EPS’nin yaklaşık 1,23 $ olması bekleniyor.

İkinci çeyrek sırasında ise şirket, temettüler ve geri alımlarla hissedarlara 0,7 milyar $ geri verdi. Yönetim kurulu ayrıca hisse başına 0,99 $ tutarında bir çeyrek nakit temettüsü duyurdu; bu temettü 18 Haziran 2025’te ödenecek.

Bu temettü, bu yıl Şubat ayında açıklanan %8’lik bir artışı yansıtıyor ve 21 yıl üst üste artan temettüleri işaret ediyor. Aynı zamanda, şirket ortak hisse senedinin ek 10 milyar $’lık geri alım yetkisi aldı.

“ADI’nin dayanıklı iş modeli ve karlı büyümeyi sürdürme geçmişi, uzun vadede serbest nakit akışının %100’ünü hissedarlara geri döndürmemizi sağlıyor.”

– Roche

Bu ay, şirket ADVentures (ADV) adlı bir kurumsal risk sermayesi (CVC) fonu başlattı; bu fon, yenilikte yeni sınırları tanımlayacak ve etki yaratacak ortaya çıkan fırsatlara yatırım yapmayı amaçlıyor.

Odak, İnsan Sağlığı, Gelişmiş Sistemler & Robotik ve İklim & Enerji alanlarında devrim niteliğinde çözümler geliştiren yeni fikirlerde olacak; özellikle AI, hesaplama mimarileri, yeni algılama modaliteleri ve güvenli bağlantı gibi alanlara ilgi duyulacak.

Bu yıl Ocak ayında, Analog Devices, ABD Ticaret Bakanlığı’ndan destek aldı; bu destek, şirketin doğrudan 105 milyon $’a kadar fon sağlamasını içeren dört bağlayıcı olmayan sözleşmeyi kapsıyor. Sözleşmeler, ÇİP’ler ve Bilim Yasası kapsamında, yerli yarı iletken endüstrisini güçlendirmeyi hedefliyor.

Akıllı Kenar’da yeniliği mümkün kılmaya odaklanan bu yatırım, iş gücü eğitimi ve ortaklıklarını güçlendirmesine, ayrıca çevresel ayak izini yönetmesine yardımcı olacak.

En Son Analog Devices (ADI) Hisse Senedi Haberleri ve Gelişmeleri

Sonuç

Gelecek nesil IoT cihazları 5G teknolojisini kullanacak oldukça, alıcıların geniş bir frekans aralığını düşük güç tüketimi ve maliyetle yönetebilmesi gerekiyor. 

Buradaki geliştirilmiş alıcı teknolojisi, daha iyi bağlantı, daha uzun pil ömrü ve IoT cihazları için daha güvenilir performans sağlayabilir; bu da akıllı evler, endüstriyel otomasyon, sağlık hizmetleri ve çevre izleme gibi alanlarda daha geniş uygulama yelpazesine olanak tanır.

Enerji verimli, parazite dayanıklı alıcı teknolojisine olan talep kritik hale geldikçe, MIT’in kompakt, düşük güçlü alıcı tasarımı, akıllı cihazların daha iyi performans ve artırılmış işlevsellik elde etmesine yardımcı olabilir; bu da daha akıllı, daha küçük ve daha uzun ömürlü giyilebilir ve IoT cihazlarının gerçek bir şekilde birbirine bağlanmış bir dünyada ortaya çıkmasını sağlar!

Yeni bir güç sisteminin kablosuz şarjı nasıl iyileştirdiğini öğrenmek için buraya tıklayın.