لماذا تقوم شركة CMOS بتشغيل المكبرات هيمنة تصميم أجهزة الاستشعار الحديثة

وترتكز وحدات الاستشعار المتكاملة على كل نظام إلكتروني تقريبا في العالم الحديث، وتترجم هذه الوحدات ظواهر مادية مثل درجة الحرارة والضغط والرطوبة والكثافة الخفيفة والتركيزات الكيميائية إلى إشارات كهربائية يمكن أن تفسرها عوامل التلوث الجزئي والمجهزات، وتنتج عناصر الاستشعار ذاتها نواتج ذات نطاقات احتكارية ذاتية، وكثيرا ما تكون على ترتيب الفولاط أو الفولطية، مما يتطلب تضخيما دقيقا قبل رقمنة أو مزيد من التجهيز.

وتخضع نظم الاستشعار الحديثة لقيود متزايدة الصرامة، ويجب أن يدار مراقبو الصحة المستضعفون لأسابيع على خلايا العملات الصغيرة، ويجب أن تظل أجهزة الاستطلاع الصناعي للأشياء دون استبدال البطاريات، وأن تسحب المستلزمات الطبية طاقة لا تُذكر، وأن تقدم قياسات دقيقة، وكثيرا ما تلبي هذه الطلبات، مع تمكين المستويات العالية من التكامل المطلوبة لعنصر الاشارات الرقمية المدمجة والفعالة من حيث التكلفة.

فهم تكنولوجيا المضخات التشغيلية

وفي صميمها، تستخدم أجهزة الاستنشاق العاملة التابعة للدائرة الميكانيكية أزواجاً متطابقة من أجهزة البرمجيات المدمجة ذات الشاشة، وأجهزة قياس الأشعة المتطورة، وأجهزة الأشعة السينية، وأجهزة الاختراع الرقمية ذات المقياس (CMOS) التي تُعدّ في شكل متغيرات، وشبه أجهزة قياسية ذاتية، وشبه متحكم فيها كل منها.

وعادة ما تستخدم مرحلة إدخال مركب من طراز CMOS زوجا متمايزا من أجهزة MSFET المختارة لخصائص ضوضاء منخفضة، ويختار المصممون أزواج مدخلات من طراز P-channel أو من طراز n-channel، وذلك حسب النطاق المطلوب للفولاذ المشترك، ويحققون أفضل من عملية السكك الحديدية أو فولت إمداد محدد.

وقد اعتُبرت عمليات التخصيب المبكر على نطاق واسع بطيئة ومزعجة، ولكن العمليات الحديثة ذات النطاق الفرعي قد غيرت هذا التصور بشكل كبير.() وقد أدى تثبيت الشق وتقنيات التزييف الذاتي إلى زيادة الفولط المكافئ تحت 10 فولتات صغيرة وكثافة ضوضاء ضوئية متنافسة من مكونات ثنائي القطب.() ووفقاً للبحوث التي نُشرت في

Core Advantages in Sensor Signal Conditioning

Ultra-Low Power Consumption Enables Battery-Powered Designs

لا يمكن للمستشعرات ذات القدرة الكهربية، وأجهزة ضخ الطاقة، والإلكترونيات المزروعة أن تُحمّل عدة ميغاواط من الظواهر الطبيعية الحالية التي تُعدّ من قِبل أجهزة الاستنشاق، والتي لا تُقدّم في الوقت نفسه، أيّاً من هذه المصابيح الصغيرة، والتي لا تُقدّم بسهولة، مثل هذه المشابكات الصغيرة، في إطار عمليات الكشف عن الأجسام التي تستخدم في إطار الترددات.

منع الحمل العلني

وتنتج أجهزة الاستشعار الاصطناعية، مثل قياسات الضلال وأجهزة كشف درجة الحرارة المقاومة، كميات ضئيلة من الفولط، بينما تُظهر أجهزة الاستشعار الكهرمائية بما في ذلك أجهزة الاستشعار التسارعية والثبطية التي تستخدم أجهزة الاستنشاق بالكهرباء، التي تُنتج عنها أجهزة قياس ذات طابع ضئيل، والتي تُثبت وجود نماذج مضخمة للكميات المغناطيسية، والتي تُعدلُ الصور.

Monolithic Integration Reduces Footprint and Cost

وتسمح تكنولوجيا الأسمدة بالتكرار في عدة مصابيح، ومضخمات مربحة قابلة للبرمجة، ومراجع فولتية، ومرسلات لاسلكية على أساس فرعي واحد، وتنتج عن ذلك وحدات استشعارية تتقلص من مركبات ثنائي الفينيل متعدد الكلور تحتوي على عشرات المكونات إلى مجموعات واحدة تبلغ مساحتها 2 ملم فقط، وأجهزة قياس حديثة ذات بصمتين(2).

انخفاض مستوى الأداء الملاحظ

وتُدْفَن إشارات الحساسية في كثير من الأحيان في الضوضاء، ويجب أن يُحدث المضخم ضوضاء إضافية ضئيلة قدر الإمكان، وتُعدّل أجهزة الاستنشاق بالبطاقات المضغوطة ذات الترددات العالية، وتُعدّل هذه البيانات من حيث سرعة الضبط القصوى للصوت المتحرك، وتُقابل هذه البيانات درجة المقياسات العالية من الحرارة، وهي 120 جهازاً قياسياً.

توسيع نطاق عملية باندويث وسكك الحديد إلى المنطقة

أما العمليات الرقمية التي قامت بها المنظمة في مرحلة مبكرة فتتعرض لتحقيق مكاسب عالية في الترددات العالية، ولكن طلبات نظم اقتناء البيانات السريعة دفعت منتجات ذات نطاق مربح إلى ما يتجاوز 50 ميغاهيرتز مع الاحتفاظ بتيارات صغيرة من حيث الحجم، وتترجم نظم الاستشعار التي تعمل من مجموعة منخفضة من المركبات ذات النطاق الترددي تبلغ 1.8 V أو 3.3 V.

اعتبارات التصميم الخاصة بتطبيقات الاستشعار

وعلى الرغم من مواطن القوة العديدة للمهندسين، يجب أن يبحروا بعدة مبادلات عند اختيار مشهد أشعة متطورة لجهاز استشعار، ويدخل التحيز الحالي، بينما يكون منخفضا جدا في درجة حرارة الغرفة، يمكن أن يزيد في درجات حرارة مرتفعة بسبب تسرب المسافات، وفي 85 درجة مئوية وما فوقها، يمكن أن ينظر التحيز في التسلق إلى المصابيح أو حتى المصابيح النانوية، مما قد يؤثر على تطبيقات العالية الحراسة.

ولئن كانت الضوضاء التي تُحدث في إطار نظام الرصد والمراقبة والإشراف قد أغلقت الفجوة بشكل كبير، فإن الحد الأدنى للضوضاء الحرارية يمكن أن يكون أعلى قليلا من مستوى العمليات ذات الأقطاب الثنائية المكافئة التي تتصدر الترددات العالية، فبالنسبة لاشارات التسارع الواسعة النطاق، فإن مدخلات نظام الإبلاغ عن الكبلات أو ثنائي القطب يمكن أن توفر نسبة أفضل من الإشارات إلى الأرقام، بينما تُعدّد أجهزة التصنيف ذات الترددات شبه المتطورة.

كما أن حصانة التدخل المغناطيسي هي أيضاً حاسمة في البيئات الصناعية والسيارات، إذ يمكن أن تعاني عمليات التموين من الترددات المتوسطة في مرحلة المدخلات، التي تصحح إشارات الارتداد إلى خارج النطاق في مقابضات البلدان النامية، ومن حسن الحظ أن العديد من البائعين يدمجون الآن في أجهزة التحلل الضوئية، وعند تقييم عنصر ما، ينبغي للمهندسين أن يفحصوا مواصفاتهم الخاصة بالتخلص من المركبات.

مقارنة بين أجهزة الرصد والمراقبة والشرطتين

ومن المفيد، من أجل تقدير نقاط القوة التي تتمتع بها عمليات حفظ السلام، مقارنتها مباشرة بالتكنولوجيات البديلة:

  • (ب) أوبسة (BJT:) هذه الأجهزة تعرض ضوضاء ذاتية منخفضة للغاية تقل عن 1 nV/Hz وكسب كبير جداً من الرصاص مفتوح، ولكنها تعاني من تحيز كبير في المدخلات كثيراً ما يكون في نطاق الميكرومتر وارتفاع استهلاك الطاقة، وهي تبث في تطبيقات ضوئية منخفضة المصدر مثل المصابيح السمعية أو العالية.
  • وهذه المضخات توفر مدخلات معتدلة في نطاق الطقوس وتدني التحيز في نطاق الكيماويات، مع وجود أداء ضوئي أفضل من أجهزة CMOS، غير أنها لا تستطيع بسهولة الاندماج في الدوائر الرقمية للأجهزة اللاسلكية، ومرونة إنتاجها من المواد الميكانيكية ذات النطاق العالي.
  • (أ) هذه الأجهزة تُظهر توازناً ممتازاً في الطاقة العالية، والقدرة العالية على الاندماج، والأداء المتزايد للضوضاء التنافسية، وقد أصبحت خياراً أمام أجهزة الاستشعار المحمولة المتعددة الأطراف، وأجهزة الاستشعار ذاتية متعددة الوسم، حيث يمثل المضخم لبنة وظيفية واحدة بين العديد من المعالم الحديثة للاختراق الذاتي.

وفي الممارسة العملية، قد يستخدم جهاز تعقب للياقة البدنية جهازاً للاستشعار عن طريق أجهزة الاستنشاق لإيقاف جهاز الاستشعار الضوئية لأن حياة البطاريات وصغر الحجم أمران بالغا الأهمية، في حين أن جهازاً مصغراً من أجهزة الاستنشاق بالهواتف المعملية قد لا يزال يعتمد على مصابيح ثنائي القطب من أجل أداء الضوضاء النهائية.() وبالنسبة للعديد من التصميمات الصناعية المتوسطة الحجم، فإن مجموعة أقل تكلفة وأقل من الميزات التي تتيحها من أجهزة الاختبار الهوائية التي تستخدمها هي أكبر من أجهزة الاختبارات التي تستخدم فيها أجهزة الاختبارات التي تستخدم فيها أجهزة الارتين.

توسيع نطاق تطبيقات

شبكات الاستشعار الصناعية والمصنوعات الأرضية

لا بد أن تصمد شبكات أجهزة استشعار أرضية المصانع أمام درجات حرارة كبيرة وضوضاء كهربائية أثناء عملها لسنوات من بطارية منخفضة التكلفة أو مصدر لصيد الطاقة، حيث أن أجهزة الاستنشاق العاملة في أجهزة الإرسال والتحكم في الضغط تستخدم في كثير من الأحيان تصميمات ذات قدرة عالية حيث تُبقي كامل الحيز الحالي دون 4 أمتار.

الأجهزة الطبية ومراقبي الصحة المرهقة

وتحتاج أجهزة الاستنشاق بالبطارية الكهربية إلى أجهزة مضخة للصدمات الكهربائية، ومستشعرات النبضات التي تستخدمها أجهزة التحلل الحرارية، إلى حد كبير من الرفض المشترك وأجهزة التسرب غير المؤهلة لتجنب صد المريض أو التشويه في مستويات القدرة على الارتداد.

نظم الاستشعار الذاتي

(ب) أن تكون درجة الحرارة تحت تأثير الـ 125 درجة مئوية، وأن تكون خطوط الـ (سيزل) ذات محركات عالية، وأن تكون محركات الـ (سي) ذات محركات متطورة، وأن تكون محركات الـ (سي) ذات محركات متطورة، وأن تُعدل أجهزة التزود بالبطارية ذاتية، وأن تُعوض عن أجهزة التسخين ذاتية، على الرغم من هذه الظروف القاسية.

Consumer Electronics and Smart Home Devices

ومن الميكروفونات التي تستخدمها أجهزة القياس المتعددة المؤشرات في مكبرات صوتية إلى أجهزة استشعار للضغط في الهواتف الذكية، فإن أجهزة الاستطلاع التابعة للدائرة تتيح للأجهزة المشابهة في شكل مدمج ومراعي للتكاليف، وكثيرا ما تشمل أجهزة الاستشعار المصغرة المولدة للتحيز ضد الدفع وجهازا قياسيا صوتيا منخفضا للأجهزة الصوتية التي تعمل على دفع أجهزة قياس الصوتية، كما تستخدم أجهزة الاستشعار الضوئية ذات الترددات المتحركة وأجهزة الكشفية.

الاتجاهات المستقبلية والاتجاهات الناشئة

ومع أن شبكة الإنترنت للأشياء تدفع الطلب على الطاقة الأقل وتكاملها الأعلى، فإن عمليات تشغيل المركبات ستستمر في التطور، وتقنيات تصميم المباني الفرعية تدفع بمكونات التشغيل دون 0.5 خامسا، مما يتيح القدرة المباشرة من خلايا شمسية واحدة أو مولدات كهربائية حرارية، وتدمج تكنولوجيات التغليف المتقدمة مثل مجموعات رقائق مستوى الشظايا، عنصر المقياس اللامعي، وكمية واحدة أقل من نموذج واحد.

وربما كان التطور الأكثر إثارة هو تقارب الدائرة المشابهة للأجهزة مع التعلم الآلي عند الحافة، حيث تستخدم أجهزة الاستنشاق بالأجهزة الاستشعارية في الشيكات الآن صفائف من أجهزة التشغيل التابعة للدائرة لتضخم الإشارات وتجهزها مسبقا قبل تغذية جهاز تسارع للشبكة العصبية، وكلها على نفس نظام الديوت، وهذا الهيكل واضح بالفعل في أجهزة الكشف عن النشاط الصوتي وأجهزة التعرف على المحركات.

كما أن اعتبارات الاستدامة والتصميم الإيكولوجي تؤثر أيضا على اختيار العمليات واختيارها، إذ أن المصانع تنشر الآن تقييمات مفصلة لدورة الحياة وتقدم مجموعات من المواد الخالية من الرصاص والثغرات، إذ أن قدرة أجهزة التشغيل التابعة للجنة على العمل بكفاءة وتوسيع نطاق حياة البطاريات تسهم بصورة مباشرة في الحد من النفايات الإلكترونية، وهو عامل لن ينمو إلا في أهمية تصميم المنتجات الواعية بيئيا.