ما هو نظام التكامل الواسع النطاق في الاتصالات VLSI

تُعد تقنية “VLSI” هي التكنولوجيا المستخدمة على نطاق واسع ولكن لا يكاد أحد يعرف عنها بعمق، كما تدور “VLSI” بشكل أساسي حول تقنية الجمع بين عدد الدوائر القائمة على الترانزستورات في شريحة واحدة، حيث يتم دمج “VLSI” مع تقنية “SDR” لتسهيل الاستخدام، وتستخدم هذه التقنية في الهواتف المحمولة.

ما هو التكامل واسع النطاق VLSI؟

التكامل واسع النطاق “VLSI”: هو عملية إنشاء دائرة متكاملة “IC” من خلال دمج الملايين من ترانزستورات “MOS” في شريحة واحدة، وبدأت في السبعينيات عندما تم اعتماد رقائق الدوائر المتكاملة “MOS” على نطاق واسع، ممّا أتاح تطوير تقنيات الاتصالات وأشباه الموصلات المعقدة.

تُعد المعالجات الدقيقة وشرائح الذاكرة هي أجهزة “VLSI”، وقبل توفر تقنية “VLSI” كان لمعظم الدوائر المتكاملة مجموعة معينة من الوظائف التي يمكنهم القيام بها، كما قد تتكون الدائرة الإلكترونية من وحدة المعالجة المركزية وذاكرة القراءة فقط وذاكرة الوصول العشوائي، كما يتوفر “VLSI” لمصممي “IC” إضافة كل هذه في شريحة واحدة.

• “VLSI” هي اختصار لـ “Very-large-scale integration”.

• “SDR” هي اختصار لـ “Software-defined radio”.

• “MOS” هي اختصار لـ “metal–oxide–silicon transistor”.

• “IC” هي اختصار لـ “Integrated circuit”.

أساسيات نظام VLSI:

“VLSI” هي المرحلة السابقة من “SSI” و”MSI”، ويتضمن ذلك الجمع بين المزيد والمزيد من الأجهزة المنطقية في منطقة أصغر خاصةً في عصر تكنولوجيا النانو، كما تلعب السهولة والبساطة دوراً مهماً ويمكن القيام بذلك باستخدام “VLSI”، وهذا يتطلب مزيداً من الكفاءة في مجالات مثل هندسة النظام والمنطق وتصميم الدوائر.

التكامل على نطاق واسع جداً “VLSI” هو المستوى الحالي لتصغير الرقائق الحاسوبية ويشير إلى الرقائق الدقيقة التي تحتوي على مئات الآلاف من الترانزستور، والتكامل على نطاق واسع “LSI” يعني الرقائق الدقيقة التي تحتوي على آلاف الترانزستورات، وكانت تكامل متوسط ​​الحجم “MSI” تعني رقاقة تتضمن على مئات الترانزستورات وتكامل على نطاق صغير “SSI” تعني الترانزستورات في العشرات.

و”SDR” هو راديو محدد بالبرمجيات، ويستخدم على نطاق واسع في تقنية “CDMA” و”CSMA” و”SDR” في تقنية تساعد الجهاز على ضبط أي نطاق ترددي باستخدام أدوات أقل صعوبة، ولقد كان “VLSI” و”SDR” مفيداً جداً لشركات الهاتف المحمول لتقديم خدمة أفضل مع مزيج من كليهما، حيث يقلل “VLSI” من حجم وسعر الهاتف المحمول ويزيد “SDR” من مرونة الوحدة.

يمكن تصنيف التكنولوجيا المستخدمة يوماً بعد يوم في نوعين رئيسيين النظام العالمي للاتصالات المتنقلة “GSM” والوصول المتعدد لقسم الكود “CDMA”، كما تساعد هذه الشبكات في الوصول إلى عرض النطاق الترددي المتنوع، ولكنّ المشكلة في كل منهما لا يمكن الوصول إليها في نفس الوقت من نفس الهاتف أو نفس الهاتف المحمول في وقت واحد.

يشير التكامل واسع النطاق “VLSI” إلى “IC” أو تقنية بها العديد من الأجهزة على شريحة واحدة، كما نشأ المصطلح في السبعينيات مع التكامل على نطاق صغير “SSI” و”LSI”، والعديد من المصطلحات الأخرى والتي تم تحديدها بواسطة عدد الترانزستورات أو البوابات لكل “IC”، وكما يختلف الجزء التناظري “VLSI” تماماً عن جزء المنطق الرقمي “VLSI” أو جزء ذاكرة “VLSI”.

بدأ المصممين في تجربة مصطلحات مثل “ULSI” فائقة الحجم، وفي غضون ذلك تجاهل المهندسون كل شيء وقضوا وقتهم في بناء أجهزة أفضل بدلاً من ابتكار كلمات جديدة لهم، وعادةً ما يتم استخدام “LSI” و”VLSI” كمصطلحات عامة، وفي إشارة إلى منتج أو تقنية تحتوي بشكل شخصي على أجهزة أكثر من المنتجات النموذجية في الفئة.

كما أنّ ظهر اتجاهاً تقنياً في الإشارات التماثلية والمختلطة نحو زيادة التعقيد، وتشتمل العديد من الأجزاء على عناصر تحكم معقدة، مثل جوهر وحدة التحكم الدقيقة “MAXQ” مع أجهزة أكثر بعدة مرات من معظم الأجزاء التماثلية.

• “MSI” هي اختصار لـ “Medium-Scale Integration”.

• “SSI” هي اختصار لـ “small-scale integration”.

• “LSI” هي اختصار لـ “Large scale integration”.

• “ULSI” هي اختصار لـ “Ultra Large Scale Integration”.

• “CDMA” هي اختصار لـ “Code-division multiple access”.

• “GSM” هي اختصار لـ “Global System for Mobile”.

• “CSMA” هي اختصار لـ “Carrier Sense Multiple Access”.

دارات VLSI الرقمية:

تعتمد دارات “VLSI” الرقمية في معظمها على “CMOS”، كما يتم استخدام الكتل العادية مثل المزالج والبوابات في الغالب ولكن بطريقة مختلفة، ومن العوامل المتضمنة في هذا التنفيذ:

1- تأخيرات الدائرة:

نظراً لأنّ هذه التقنية عبارة عن مزيج من عدد من الدوائر في منطقة صغيرة، فقد يتسبب ذلك في تأخير نقل الإشارات عبر هذه الدوائر.

2- الطاقة:

نظراً لاستخدام عدد الدوائر والمزالج والبوابات، فإنّه يتطلب الكثير من استهلاك الطاقة وقد يتسبب ذلك في تسخين الجهاز على السطح.

3- التخطيط:

يجب أن تتلاءم “1000 دائرة” في منطقة أصغر جداً، يمكن أن يكون هناك عدد من الترتيبات لذلك، والشيء المهم هو مدى كفاءة ترتيب هذه الألف من الدوائر.

تطبيقات VLSI في نظام الاتصالات:

يتم تصنيف “VLSI” المستخدمة على نطاق واسع اليوم إلى ثلاث فئات رئيسية:

• “ANALOG”، ويتكون بشكل رئيسي من مكبر للصوت ومحول البيانات وأجهزة الاستشعار.

• تطبيق دوائر متكاملة محددة، ونظراً للعديد من التقنيات القادمة فقد مكن تصنيع الدوائر المتكاملة من دمج عدد من الدوائر في منطقة صغيرة.

• النظام على الشريحة، حيث أنّ “VLSI” تدور حول الجمع بين عدد من الدوائر، لذا فهي تشبه في مكان ما نظاماً على شريحة واحدة.

تقنية SDR وVLSI:

تم تقديم “SDR” لأكثر من مشكلة الوصول إلى تقنيتي “GSM” و”CDMA” على هاتف واحد، حيث تعمل حقوق السحب الخاصة بطريقتين مفهوم مثالي وعملي، في المفهوم المثالي يقرأ المعالج الرقمي المحول وبرامجه ويحول البيانات إلى النموذج المطلوب، و”PRACTICAL CONCET” تستخدم طريقة التغاير الفائق للتغلب على هذه المشكلة.

كما يستخدم الخلاط الذي يخفض التردد المستلم، ثم يتم معالجة هذا التردد المنخفض بواسطة “ADC” ثم يمكن استخدام “GSM” و”CDM” على نفس الهاتف، ومن ثم فإنّ استخدامات هذه التقنية تمنح مزايا مثل تقليل عدد العبوات وانخفاض مساحة اللوحة وتقليل التوصيلات على مستوى اللوحة والأداء العالي والمزيد من الموثوقية وخفض التكلفة، ولكن هذا أيضاً له بعض العيوب مثل هذا المشروع يمكن أن يؤدي إلى مخاطر عالية ووقت تصنيع طويل وتصميمات طويلة ومشكلة ارتفاع وتسرب الطاقة.

• “CDM” هي اختصار لـ “Customer data management”.

• “ADC” هي اختصار لـ “Analog to Digital Converter”.

الإلكترونيات الدقيقة وتصميم VLSI:

يُعد تعليم الإلكترونيات الدقيقة نشاطاً تعاونياً متعدد التخصصات يتضمن الجهود المشتركة لمهندسي النظم ومصممي الدوائر ومهندسي الأجهزة ومطوري البرامج ومهندسي العمليات، ومع إمكانات في تصميم تكامل واسع النطاق “VLSI” وتطوير البرمجيات من المحتمل أن تستحوذ على حصة أكبر من السوق من خلال التركيز على هذه القطاعات.

يعمل البحث في التصميم بمساعدة الكمبيوتر “VLSI / CAD” على تطوير خوارزميات جديدة ومنهجيات التصميم، والتي تسمح لمصممي “VLSI” بتصميم دوائر متكاملة صحيحة وأسرع وأصغر وأكثر كفاءة في استخدام الطاقة، وأثبت البحث في “VLSI / CAD” أنّه أحد الأسباب المهمة لازدهار “VLSI” في السنوات الأخيرة، كما تكثر تطبيقات مثل هذا البحث في الممارسات الصناعية الحالية.

كما يجري تطوير تطبيقات في معالجة الإشارات، حيث يتم فحص تقنيات معالجة أشباه الموصلات الصغيرة والنانوية التي تتراوح من “0.35 ميكرومتر” إلى “65 نانومتر” تقنيات معالجة “CMOS” لمختلف تطبيقات “VLSI System-On-Chip”.