פרופ' יוסף שור מפתח חיישן זרם המבוסס על מתנדים מבוקרי-זרם דיפרנציאליים

הדרישה לביצועים חישוביים ממשיכה לעלות באופן עקבי, אבל המעגלים המשולבים(ICs)  הקיימים סובלים ממגבלות הספק וטמפרטורה ומתקשים לעמוד בדרישות. בכדי לנהל את ההספק בצורה יעילה, משתמשים מעבדים מודרניים במספר מתחמי הספק (Power Domains), אשר כל אחד מהם דורש חישה מדויקת של הזרם לצורך ניהול הספק יעיל. קיימות מספר טכניקות לחישת זרם – כגון חיישני Shunt, חיישני Hall-effect וחיישניFluxgate  - אולם אף אחת מהן לא טובה מספיק לשילוב בקנה מידה של עשרות או מאות מתחמים בתוך שבב בודד: הן גדולות מדי, איטיות מדי או צורכות הספק רב מדי. חיישנים מבוססי מתנד טבעתי דיגיטלי (RO) נחקרו בעבר, אך הם מציגים אי-ליניאריות חזקה, כמו גם תלות גבוהה בטמפרטורה ובמתח האספקה, מה שהופך אותם לפחות מדויקים.

מחקרו של פרופ' יוסף שור, שזיכה אותו במענק ISF מטעם הקרן הלאומית למדעים, מציע גישה חדשנית מיסודה: חיישן זרם המבוסס על מתנד מבוקר-זרם דיפרנציאלי (CCO), הממיר באופן ישיר זרם או מתח דיפרנציאלי לאות בתחום התדר. "בניגוד לחיישנים קלאסיים, ה-CCO עצמו משמש הן כמגבר והן כממיר מאנלוג לתדר, ומספק פתרון דחוס, מהיר ובעל צריכת הספק נמוכה, המתאים לחישת זרם בדרגות מיתוג הספק (Power-gate) במעבדים מתקדמים", מסביר פרופ' שור.

החיישן המוצע מכוון לדיוק של יותר מ-0.2%, זמן המרה של פחות מ-2 מיקרו-שניות(µs) , צריכת הספק של פחות מ-20 מיקרו-ואט(µW) , ושטח הקטן מ-0.01 מילימטר מרובע(mm²) , תוך הצגת ביצועים העולים באופן משמעותי על ההתקנים המתקדמים ביותר הקיימים כיום בשוק. פיתוח החיישן יכלול גם טכניקות מעגליות חדשניות לתיקון אי-ליניאריות, פיצוי טמפרטורה, ודחיית אות משותף(Common-mode rejection) , כולל חיתוך הטיות (Bias trimming), מתנדים משוכפלים (Replica oscillators) וייצוב קוטביות (Chopper stabilization). "סימולציות ראשוניות של מימוש בטכנולוגיית 65 ננומטר מציגות ליניאריות מצוינת, טווח דינמי של 60 דציבל (dB) ושינויים הנובעים מטמפרטורה וממתח אספקה הקטנים מ-0.02% בעת שימוש בפיצוי באמצעות מתנד משוכפל", אומר פרופ' שור.

פרויקט זה יכונן סיווג חדש של מגברים אנלוגיים המבוססים על CCO דיפרנציאלי, ויאפשר חישת זרם מפורטת  וחסכונית באנרגיה עבור מעבדים רב-מתחמיים, מעבדים גרפיים ומאיצי בינה מלאכותית. אספקת פתרון חישה דחוס, זול ובעל צריכת הספק נמוכה עבור ארכיטקטורות ניהול הספק יקדם גם את התעשייה, ובעתיד ניתן יהיה להשתמש בו גם ליישומם כגון ניטור ביו-רפואי, מערכות רשת חשמל חכמה ומעגלים לאיסוף אנרגיה (Energy-harvesting).