MIT-Chip bringt Ordnung in den Wellensalat
Störungen ohne Leistungsverlust werden dank neuer Schaltungsarchitektur wirkungsvoll eliminiert
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Neue Chiparchitektur des MIT: Nur "gute" Signale (grün) dürfen passieren (Bild: mit.edu) |
Cambridge (pte002/22.02.2023/06:05)
Ein neuer Chip von Forschern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) beseitigt Störungen aufgrund von sich gegenseitig überlagernden elektronischen Signalen. Rundfunk und Fernsehen, Mobilfunk, elektromagnetische Wellen, die stromführende Kabel aussenden, und WLAN können sich gegenseitig beeinflussen und stören. Das wirkt sich auf die Übertragungsqualität von Mobiltelefonen aus und leert Akkus vorzeitig.
Starke Signale ohne Chancen
Bei der Neuheit handelt es sich um eine Schaltungsarchitektur, die unerwünschte Signale am Eingang eines Empfängers blockiert, ohne dessen Leistung zu beeinträchtigen. Selbst starke Signale dringen nicht mehr durch. Der Chip, der laut den Forschern etwa 40 Mal besser als andere Breitbandempfänger Störungen blockiert, benötigt keine zusätzliche Hardware oder Schaltung. Herkömmliche Techniken verwenden elektronische Filter, um störende Signale zu blockieren. Aber sie sind oft sperrig und treiben die Produktionskosten in die Höhe.
"Wir entwickeln elektronische Schaltungen und Systeme, die den Anforderungen von 5G und künftigen Generationen drahtloser Kommunikationssysteme gerecht werden", sagt MIT-Wissenschaftler Negar Reiskarimian. Die Entwickler nutzen die sogenannte Mixer-First-Architektur. Ein Hochfrequenzsignal, das vom Gerät empfangen wird, kann damit sofort in ein niederfrequentes Signal umgewandelt werden, bevor es an den Analog-Digital-Wandler weitergeleitet wird, um die digitalen Bits zu extrahieren, die es trägt. Dadurch werden Störungen in der Nähe der Betriebsfrequenz herausgefiltert.
Harmonie kann störend wirken
Obwohl effektiv, sind Mixer-First-Empfänger anfällig für sogenannte harmonische Interferenzen, die störenden Wellensalat bringen. Schuld daran sind Signale, deren Frequenzen ein Vielfaches der Betriebsfrequenz eines Geräts sind. Arbeitet ein Gerät beispielsweise mit einem Gigahertz, verursachen Signale mit zwei, drei oder fünf Gigahertz harmonische Störungen. Diese Oberschwingungen können während des Frequenzumwandlungsprozesses nicht vom ursprünglichen Signal unterschieden werden, wirken demnach als Störenfriede.
Genau das haben die MIT-Wissenschaftler mit ihrem neuen Chip verhindert, genauer mit einigen Kondensatoren, die in die Schaltung integriert sind. US Ingenieure haben sie so angeordnet, dass sie die störenden Oberschwingungen gewissermaßen absaugen, ohne dass die Leistung sinkt wie in früheren Schaltungen.
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