Investigadores han encontrado una nueva forma de afinar la frecuencia de radio en los smartphones y otros dispositivos inalámbricos; ésta promete reducir los costos y mejorar el desempeño de los semiconductores usados en comunicaciones de defensa, satelitales y comerciales.
Semiconductor Research Corp. (SRC) y la Universidad Northeastern de Boston presentaron los hallazgos de la investigación en la Conferencia 58 de Magnetismo y Materiales Magnéticos en Denver esta semana.
Nian Sun, profesor asociado de ingeniería eléctrica y de computación de Northeastern, afirmó que estaba trabajando en el proceso desde el 2006, cuando recibió un auspicio de la National Science Foundation para la investigación.
“En setiembre, tuvimos un avance”, sostuvo a través de una entrevista telefónica. “No celebramos con champán exactamente, pero estábamos contentos”.
La investigación progresó a través de una serie de alrededor de 20 etapas en los pasados siete años. No fue como los cientos de fallas que los hermanos Wright enfrentaron para lograr un diseño de ala que funcionara, sino que hubo mejoras graduales en cada etapa, indicó.
En la actualidad, el ‘estado del arte’ en los circuitos de frecuencia de radio se basa en la sintonización basada en varactores de radio frecuencia (RF), que es una especie de capacitor. Pero el nuevo proceso permite la sintonización también en inductores, lo cual podría mejorar el rango de frecuencias sintonizables de un smartphone de 50% a 200%, indicó Sun. La sintonización es la forma en que un dispositivo encuentra una frecuencia disponible para completar una transmisión inalámbrica. No es muy diferente a mover un dial en un receptor FM para captar una señal.
La mayoría de los smartphones usan de 15 a 20 canales de frecuencia para hacer las conexiones para las diferentes aplicaciones, pero los nuevos inductores de la investigación potencialmente podrían más que duplicar el número de canales disponibles en un solo módulo de RF, lo cual daría cabida a smartphones más compactos y poderosos, indicó Sun. Los nuevos inductores son el eslabón perdido que por mucho tiempo se buscó como forma de mejorar el rango de frecuencias sintonizables en un circuito.
“Los investigadores han estado intentando por un tiempo hacer que los inductores sean sintonizables -para cambiar el valor de la inducción- y no han tenido mucho éxito”, indicó Kwok Ng, director senior de ciencias de los dispositivos en SRC. El ejecutivo sostuvo que la firma ha trabajado con Northeastern desde el 2011 en el proyecto, invirtiendo hasta 450 mil dólares en trabajo de investigación.
Cómo funcionó: Los investigadores en un laboratorio de Northeastern usaron una capa piezoeléctrica para cambiar la permeabilidad de los inductores magnéticos integrados usando procesos de sistemas microelectromecánicos (MEMS, por sus siglas en inglés). La piezoelectricidad es una interacción electromecánica entre los estados mecánico y eléctrico en un material cristalino. Un cristal puede adquirir una carga cuando está sujeto a voltaje AC.
Lo que encontraron los investigadores es que podían aplicar la cantidad adecuada de voltaje en la capa piezoeléctrica para cambiar la permeabilidad de un núcleo magnético del inductor. A medida que la capa magnética cambia la permeabilidad, la inducción de los inductores cambia, lo cual a su vez sintoniza la frecuencia de resonancia en un circuito capacitor-inductor.
Ng afirmó que la investigación implica que los futuros inductores sintonizables pueden usarse para mejorar el desempeño de la señal de radio, lo cual podría eliminar el número de módulos que se necesitan en un smartphone, con el potencial de reducir el costo de los materiales.
Intel y Texas Instruments cooperan en el trabajo, y la nueva tecnología de inductor se encontrará disponible para posteriores desarrollos industriales para mediados del próximo año, para luego estar disponible para aplicaciones de consumidor incluso desde finales del 2014.
Matt Hamblen, Computerworld (EE.UU.)