Un amplificatore differenziale microscopico, capace di cogliere le differenze di segnale con grande precisione, consumare pochissima energia oltre che occupare uno spazio limitato. È il risultato che si ottiene applicando il brevetto per un “Amplificatore differenziale digitale multiplato nel tempo” messo a punto da Paolo Crovetti – professore presso il Dipartimento di Elettronica e telecomunicazioni-DET del Politecnico di Torino – oggi a disposizione delle imprese, in particolare di quelle che lavorano nei settori elettromedicali ed elettronici.
I commenti
“Il tema della rilevazione e del trattamento dei segnali è particolarmente delicato quando si deve lavorare con dimensioni miniaturizzate”, dice Crovetti, che aggiunge: “Abbiamo scelto di processare il segnale trattandolo con tecniche digitali, cercando di migliorare l’accuratezza di rilevazione ma anche le prestazioni dal punto di vista energetico”. Il problema è affrontato dal punto di vista della costruzione dell’amplificatore che deve essere capace di recepire le differenze tra due segnali e non il loro valore assoluto e lo deve fare nel modo più accurato possibile. “In genere questi dispositivi richiedono la presenza di due elementi – spiega Crovetti – transistori e resistori o condensatori, che devono essere perfettamente identici tra di loro. Questa condizione è difficilmente realizzabile, specialmente quando occorre miniaturizzare il tutto”.
La soluzione al problema è quella proposta dal brevetto del Politecnico. “Il nostro amplificatore differenziale ha un solo elemento attivo e non due. Questo elemento viene utilizzato in istanti di tempo diversi per confrontare due segnali uno di seguito all’altro rispetto ad una stessa soglia. In parole semplici, nel momento in cui arrivano all’amplificatore i due segnali vengono in un certo senso congelati e proposti all’esame in istanti di tempo diversi. Se volessimo fare la stessa cosa con una tecnica di tipo analogico, semplicemente non ci riusciremmo”.
Applicazioni e vantaggi
I vantaggi di un approccio di questo genere sono palesi: sono ridotti gli errori di rilevazione, lo strumento è molto più robusto e stabile e quindi consente di ottenere un livello di accuratezza molto più alto dell’ordine di centinaia di volte. Senza trascurare il consumo di energia e di spazio molto più ridotti del normale.
Per capire meglio, basta sapere che le dimensioni di un prototipo realizzato in tecnologia CMOS 180 nm sono pari a 0,00945 mm quadrati contro 0,015 oppure anche 1-1,4 mm quadrati di strumenti simili; mentre il consumo è pari a 4,5 nW.
“L’amplificatore che abbiamo brevettato – sottolinea Crovetti –, è utile per sistemi elettronici le cui dimensioni si misurano in micron, per chi sviluppa circuiti integrati oppure circuiti integrati microscopici”. In prima fila, sono applicazioni come dispositivi biomedicali impiantabili utili a rilevare concentrazioni di farmaci oppure alcuni parametri fisiologici; ma anche nodi di rilevazione nell’ambito dell’IoT (Internet of Things) senza batteria, alimentati da celle fotovoltaiche ultra-miniaturizzate o altri sistemi energy harvesting.
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