التقيت بسام حمايسي لأسأله عما يجري هناك في الجامعة.
التقيت بسام حمايسي لأسأله عما يجري هناك في الجامعة.
بسام، أصله من كفركنا بالقرب من الناصرة، يعيش حاليا في تل أبيب. حصل على تعليمه الأكاديمي في جامعة تل أبيب في مجال الهندسة الكهربائية. يقوم هذه الأيام بإجراء أطروحة الدكتوراه في مختبر الدكتور عيران سيفر في كلية الهندسة بجامعة تل أبيب. اهتماماته الأساسية هي تصميم الدوائر المتكاملة للعمل في مجال الترددات الراديوية العالية جداً.
بسام، فماذا تفعل هناك؟
نقوم في مختبرنا بتطوير دوائر متكاملة لترددات التشغيل في المجال الراديوي، وهي ترددات تشغيل عالية للغاية. وهي عبارة عن موجات ذات أطوال موجية ملليمترية وتحت ملليمترية، وهي أقصر الموجات المستخدمة في الاتصالات اللاسلكية اليوم.
ما هو في الواقع حول؟ من يستخدمه؟
الهدف هو نقل المعلومات لاسلكيا. اليوم، على سبيل المثال، في تقنية WiFi، يبلغ معدل الإرسال 2.4 جيجا هرتز. إذا كنت تريد نقل كمية أكبر من المعلومات في وقت معين، على سبيل المثال إرسال فيلم بمعدل 5 جيجا بايت في الثانية، فمن المستحسن تطوير تقنيات أسرع. المشكلة هي أن الدوائر العادية والمكونات التي تتكون منها غير مهيأة للعمل بهذه المعدلات العالية ولن تكون قادرة على توفير الطاقة المطلوبة.
هناك عدد غير قليل من التطبيقات المثيرة للاهتمام للدوائر عالية السرعة التي نقوم بتطويرها. على سبيل المثال، لتنزيل الأفلام أو الملفات بسرعة من الإنترنت إلى الأجهزة المحمولة. مثال آخر هو مجال التصوير للاستخدامات الأمنية - للكشف عن الأسلحة المخفية، أو للتطبيقات الطبية مثل تشخيص السرطان. وسوف أتوسع في موضوع التصوير لاحقا.
إذًا ما هو الشيء المميز في أسلوبك في تطوير الدوائر؟
أولا، تجدر الإشارة بإيجاز إلى ما هو الترانزستور. يعد هذا المكون الكهربائي أحد اللبنات الأساسية المهمة المستخدمة، على سبيل المثال، في بناء جهاز الكمبيوتر. الترانزستور عبارة عن زنبرك كهربائي له حالتان - ينقل أو لا ينقل تيارًا كهربائيًا. بمساعدة هذه المكونات، من الممكن تنفيذ جميع الوظائف المنطقية ('و'، 'أو'، وما إلى ذلك) المطلوبة لتصميم معالج الكمبيوتر أو وحدات الذاكرة. تسمى التقنية المقبولة حاليًا لتصميم الدوائر المتكاملة CMOS وهي (عادةً) تعتمد على ترانزستورات السيليكون المتصلة بطريقة خاصة.
إن النهج الشائع حاليًا لتطوير الدوائر الكهربائية للعمل بترددات عالية هو استخدام ترانزستورات خاصة وسريعة جدًا. عادةً لا تُصنع هذه الترانزستورات من السيليكون (ولكن، على سبيل المثال، من GaAs)، ولها بنية خاصة ومكلفة للغاية. هدفنا هو استخدام تقنية CMOS الشهيرة لتطوير تلك الدوائر. تتمثل مزايا هذا النهج في السعر الأرخص والتوافق مع التكنولوجيا الحالية (وبالتالي من الأسهل دمجها في دوائر أخرى) وحقيقة أن معظم المصانع تتكيف مع إنتاج الدوائر باستخدام هذه التكنولوجيا.
يجب أن نتذكر أن الترانزستورات السريعة سيكون لها أداء أفضل واحدًا تلو الآخر. هدفنا هو إيجاد طرق للحصول على أفضل أداء ممكن من دوائر CMOS للتشغيل عالي التردد، حتى نتمكن من التنافس بفعالية من حيث التكلفة مع الترانزستورات الباهظة الثمن.
قل لي ما الذي تعمل عليه.
أحد المشاريع التي أعمل عليها هو التصوير عالي التردد. يرسل جهاز الإرسال موجات إلى جسم معين، ويتم تجميع الموجات المنعكسة بواسطة جهاز الاستقبال. وفي وقت لاحق، تتم معالجة المعلومات في صورة للجسم الذي تم إرسال الموجات عليه (على غرار التصوير باستخدام الموجات الصوتية أو الأشعة السينية). كل بكسل في مكوننا هو جهاز إرسال واستقبال يرسل موجة يتم امتصاصها جزئيًا وتنعكس جزئيًا من الجسم الممسوح ضوئيًا. وتشير قوة الموجة التي عادت إلى المستقبل من نقطة معينة إلى الخواص (العازلة) للمادة عند تلك النقطة. وبهذه الطريقة يمكن الحصول على خريطة لخصائص المادة في أي نقطة. الاستخدام المستقبلي لهذه التكنولوجيا هو، على سبيل المثال، تشخيص غير جراحي وآمن (الإشعاع غير المؤين) وسريع لسرطان الجلد أو تسوس الأسنان.
تتمثل ميزة استخدام موجة عالية التردد في أنه كلما زاد التردد، زادت قدرة الهوائيات الموجودة داخل الشريحة على إصدار شعاع أصغر. ستسمح لنا هذه الحقيقة باستخدام وحدات بكسل أصغر والحصول على دقة أعلى لجهاز التصوير.
ويتمثل التحدي في تصميم نفس دائرة البكسل المرسلة والمستقبلة في تقنية CMOS، والتي ليست بالضرورة مثالية للعمل عند الترددات العالية، بطريقة ذكية بحيث يكون أداء الدائرة جيدًا بما يكفي للاستخدامات التجارية.
أخبرني بإحدى الحيل. كيف تقوم بذلك
سأعطيك مثالاً: للإرسال بتردد عالٍ نحتاج إلى مصدر إشارة كهربائية تتأرجح الإشارة التي ينتجها عند التردد المطلوب. لنفترض، على سبيل المثال، أننا نريد تصميم مصدر بسرعة 300 جيجا هرتز. أحد الاحتمالات هو بناء دائرة تحتوي على ترانزستور سريع ومكلف يمكنه تحمل هذه الترددات. الخيار الثاني هو بناء دائرة باستخدام ترانزستورات أقل جودة، ولكن مع إثارة الدائرة بذبذبات أبطأ، على سبيل المثال عند 100 جيجا هرتز.
السر هو أن هذه الترانزستورات لها تأثيرات غير خطية، أي أنه إذا قمت بإثارةها بإشارة ذات تردد معين، فإن إشارة خرجها تتغير عند التردد الأصلي ولكن أيضًا عند الترددات الأعلى (انظر الشكل 3). أحد الترددات الأعلى التي ستنشأ هو 300 جيجا هرتز الذي نهتم به. نحن بحاجة للتأكد من أن قوة التذبذبات عالية التردد التي نشأت قوية بما يكفي لتطبيقاتنا. ولذلك فإن التحدي يكمن في بناء الدائرة بحيث تؤدي إلى الاستخدام الأمثل للتردد الثانوي الذي نهتم به. بهذه الطريقة يمكننا إعادة إنتاج أداء الترانزستورات باهظة الثمن.
ما هي طبيعة العمل؟ كيف حققت الأداء الجيد؟
الخطوة الأولى هي أخذ الدائرة المصممة على الورق ثم اختبارها وتحسينها باستخدام برامج المحاكاة. بعد حصولك على أداء جيد في المحاكاة، يمكنك التبديل إلى برنامج آخر حيث تقوم بالفعل بتصميم الدائرة المتكاملة على الكمبيوتر، وصولاً إلى أصغر التفاصيل بما في ذلك الهيكل والمواد (في لغة التخطيط). بعد الانتهاء من هذه الخطوة، يتم إرسال الدائرة إلى الإنتاج، وعندما تعود يتم تمييزها باستخدام معدات الاختبار المتقدمة الموجودة لدينا في المختبر لمعرفة ما إذا كانت تلبي التوقعات.
إحدى المشاكل هي أن النماذج الموجودة في برنامج المحاكاة ليست دقيقة بما يكفي لحساب عمل الترانزستورات عند مثل هذه الترددات العالية. على سبيل المثال، حدث لي أنني أرسلت دائرة تم تصميمها لتعمل بتردد 240 جيجا هرتز، لكن عندما استلمناها تبين أنها تنتج ذبذبات بتردد 230 جيجا هرتز فقط. في هذه المرحلة، إذا لزم الأمر، يمكن إجراء بعض التحسينات، أي يمكن تصميم وتصنيع دائرة جديدة وأكثر دقة.
وفي نهاية عملية العمل نحصل على دائرة ذات أداء أفضل من دوائر المجموعات البحثية الأخرى. لذلك ننشر النتائج مع التركيز على شكل التصميم وفوائده، ويمكن لأي شخص مهتم استخدام دائرتنا في عمله.
ما هي الخطوة التالية؟
وكما قلت، فإن الهدف طويل المدى للمشروع هو بناء جهاز إرسال واستقبال لأغراض التصوير. وفي هذه الأثناء تمكنا من بناء جهاز الإرسال، ولاختباره تعاونا مع مجموعة بحثية أخرى من ألمانيا قامت ببناء جهاز استقبال. على الرغم من أن جهاز الاستقبال الخاص بهم يعتمد على فكرة مختلفة، إلا أن الدائرة يتم إنتاجها أيضًا بتقنية CMOS. تمكنا من إظهار نتائج تصوير جميلة (انظر الصورة 4). الخطوة التالية في هذا المشروع هي بناء مأوى باستخدام تقنيتنا.
--------------------
يسعدني أن ألتقي وأتحدث مع أي طالب بحث (ربما أنت؟) يرغب في المشاركة ويخبرني قليلاً عما يفعله (وكل ذلك مقابل محادثة ليست طويلة جدًا). يمكنك التواصل معي عبر نموذج الاتصال بنا.
حان الوقت لإخبار الجميع بما تفعله، ربما سيفهمون هذه المرة أيضًا
تم نشر المقال على مدونة أورين شايع.إلى حد ثابت"
تعليقات 6
لذا يمكنك إنشاء الملايين من هذه الدوائر، وإنشاء صندوق صحي في المنزل! الحقيقة هي أنه CMOS، لذا فهو حل جميل وواعد ورخيص! بالتوفيق يا بسام.
شيء آخر، إلى أولئك الذين كتبوا التعليقات التي لا علاقة لها بالموضوع وفي غير محلها، يرجى إبقاء المناقشة في نطاق العلم وعدم كتابة هراء!
ولا جامعة حيفا؟
أنا متأكد من أن الآباء يشعرون بخيبة أمل.
جميل! يجذب مجال أجهزة الاستشعار الحيوية المعتمدة على الدوائر عالية التردد الكثير من الشركات اليوم،
المشكلة تكمن في أداء هذه الأنظمة، وأعتقد أنه بفضل مثل هذه الدراسات من الممكن تحسين الأداء حقًا،
בברכה،
أمير
بحث مثير للاهتمام. من خلال معرفتي بمجال الدوائر، فإن البحث عن الدوائر عالية التردد هو بحث حيوي في الأوساط الأكاديمية في الولايات المتحدة ويجذب زخمًا وتسارعًا مستمرين، حظًا سعيدًا.
ومن المثير للاهتمام أن هذه الرقائق لها العديد من التطبيقات في مجال التصوير
ومن المؤسف أن المزيد من العرب لا يتعاملون مع العلم بدلا من الجريمة والإرهاب، كان من الممكن أن يكون هناك سلام وازدهار حقيقي.