超越太空科學(xué)，高抗干擾的電子設(shè)計 - 最受歡迎電子發(fā)燒友網(wǎng)國外電子精華集錦（4月）

　　10、超越太空科學(xué)的范疇：高抗干擾的電子設(shè)計要求

　　自有生民之初，人類對于太空便深為著迷。在任何時代，星光點點的天空總是令人引發(fā)無限的想像力?？茖W(xué)小說在文學(xué)作品與娛樂媒體中相當(dāng)流行。太空旅行和探險一直是所有時代熱門的話題，并且是國際紛爭、主權(quán)彰顯、國力與國防安全的課題。美國將太空人送上月球距今已有40年的時間。如此驚人的壯舉在人類歷史上具有無與倫比的意義。

　　其他國家也積極計劃登陸月球，準(zhǔn)備迎頭趕上美國，其中以中國與印度最為積極，不過，登陸月球需要相當(dāng)大的投資，是相當(dāng)艱鉅的壯舉。NASA計劃明年將太空梭除役，而戰(zhàn)神一號運載火箭至少必須等到2014年才能建造完成。這使得冷戰(zhàn)時期美俄太空競賽中，積極發(fā)展的美國無法再將太空人送上太空，而必須借用俄羅斯蘇式火箭（Russian Soyuz rocket）。

　　大多數(shù)人都曾經(jīng)聽過星艦迷航記（Star Trek）的寇克艦長的名言：「太空是等待我們開拓的終極邊疆！」太空旅行是科幻小說愛好者的夢想，不過，對于在太空產(chǎn)業(yè)工作的人而言，太空也是人類與電子產(chǎn)品難以挑戰(zhàn)的極限。沒有經(jīng)過長期大量的投入，沒有人或裝置能夠長久待在太空中。

　　大家可能會很訝異，太陽是一個持續(xù)運轉(zhuǎn)、自我維持的核反應(yīng)星體，向地球排放的大量能源與致命的輻射，所幸，地球的磁場能夠保護(hù)我們，阻絕其中大部份的輻射，使外來的輻射就像是河流之中流經(jīng)石頭的水一般。只要觀看北極光，就能夠約略瞭解如此的輻射是什么景況，由于地球兩極的磁場較弱，因此外來的輻射使大氣層離子化。請見圖1。

　　地球的大氣層能夠阻絶外來的輻射，所造成的影響有好有壞，好的影響是外來的輻射不斷重建地球的臭氧層，保護(hù)人類不接觸太陽的紫外線（UV）輻射，不過，外來的輻射也會產(chǎn)生具破壞力的地面中子，在人體衰老的過程中，這些地面中子會造成細(xì)胞隨著時間的推移而損傷。

　　在地面或海面上，暴露于地面中子的比例約為每平方公司10個中子，這些中子會造成電子產(chǎn)品的電路或邏輯不穩(wěn)定。中子進(jìn)入半導(dǎo)體晶片時，與其他塬子碰撞后會釋放少量的能量，導(dǎo)致塬子大小的核分裂，產(chǎn)生足以干擾積體電路的能量。記憶體系統(tǒng)或高復(fù)雜度IC的使用者相當(dāng)關(guān)注這方面的干擾。例如，許多電腦當(dāng)機的真正元兇并不一定是Microsoft，而可能是其中一個積體電路中重要的電路節(jié)點發(fā)生中子撞擊所造成的反應(yīng)所致。圖2所示即為這方面的說明。

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　　11、全球首款革命性石墨稀處理器問世

　　波蘭的Digital Core Design是全球知名的設(shè)計實驗室，該機構(gòu)日前宣布，已經(jīng)開發(fā)出全球首款采用石墨稀（Graphene）制造的處理器BYT-ON。

　　2004年，人們首度發(fā)現(xiàn)石墨稀是一種碳同位素異構(gòu)體（allotrope of carbon）。石墨稀是由單層碳原子緊密堆積成蜂窩狀的平面二維晶格結(jié)構(gòu)，它與許多傳統(tǒng)材料截然不同。石墨稀本質(zhì)上是一種半金屬或零間隙的半導(dǎo)體。其Ek關(guān)系在接近二維六角形布里淵區(qū)（Brillouin zone）的六個角附近是低能帶線性的，這導(dǎo)致了電子和空穴的有效質(zhì)量為零。由于這些在低能帶的線性擴散效應(yīng)，接近這六個點的電子與空穴會表現(xiàn)出如同狄拉克方程（Dirac equation）針對自旋1/2粒子所描述的相對論粒子（relativistic particles）行為。

　　最終結(jié)果便是獲得能以相對論速度傳輸電子信號的石墨稀導(dǎo)體，以石墨稀為基礎(chǔ)的晶體管能夠達(dá)到比傳統(tǒng)硅元件快上許多數(shù)量級的開關(guān)速度，而且功耗更低。石墨稀一直是科學(xué)研究人員夢寐以求的材料，事實上，2010年，曼徹斯特大學(xué)（University of Manchester）的Andre Geim和Konstantin Novoselov便是以“For groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene”獲得諾貝爾物理獎。

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　　12、世界首款化學(xué)電路問世

　　克拉斯•泰布蘭德（Klas Tybrandt）是瑞典林雪平大學(xué)（Linkoping University）有機電子博士生，他已開發(fā)出一種集成化學(xué)芯片。這項成果剛剛發(fā)表在5月29日的《自然•通訊》上。

　　林雪平大學(xué)有機電子研究小組先前曾開發(fā)出離子晶體管，用于傳遞正離子和負(fù)離子，以及生物分子。泰布蘭德目前已成功合并兩種類型的晶體管，制成互補電路，在方式上類似傳統(tǒng)的硅基電子產(chǎn)品。

　　化學(xué)電路的優(yōu)點是電荷載體由化學(xué)物質(zhì)組成，具有各種功能。這意味著，我們現(xiàn)在有了新的機遇，可以控制和調(diào)節(jié)人體內(nèi)的細(xì)胞信號通路。

　　“例如，我們可以發(fā)送信號給肌肉突觸，那里的信號系統(tǒng)由于某種原因，可能無法正常工作。我們知道，我們的芯片適合使用常見的信號物質(zhì)，例如乙酰膽堿，”馬格努斯•貝格倫（Magnus Berggre）說，他是有機電子教授，也是研究小組的領(lǐng)導(dǎo)。

　　開發(fā)的離子晶體管可以控制和傳遞離子和帶電生物分子，這是三年前開始的，開發(fā)者泰布蘭德和貝格倫分別是林雪平大學(xué)科技系有機電子博士生和教授。這款晶體管后來派上用場，瑞典卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院（Karolinska Institutet）的研究人員用來控制傳遞信號物質(zhì)乙酰膽堿，傳遞給單個細(xì)胞。這項研究結(jié)果發(fā)表在著名的跨學(xué)科期刊《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS：Proceedings of the National Academy of Sciences）上。

　　離子雙極型晶體管攜手林雪平大學(xué)信息編碼教授羅伯特•弗奇黑莫（Robert Forchheimer），泰布蘭德現(xiàn)在邁出了新的一步，開發(fā)出化學(xué)芯片，這種芯片包含邏輯門，如與非門（NAND gates），可以實現(xiàn)所有邏輯功能。

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