درایو برای مینیاتوراسیون در الکترونیک Wearable

بازار تکنولوژی پوشیدنی رشد انفجاری را تجربه کرده است، با دستگاه هایی از باندهای تناسب اندام و ساعتهای هوشمند به پچ های پیشرفته پزشکی و عینک واقعیت افزوده.یک رشته مشترک در تمام این دستگاه ها جستجوی بی وقفه از عوامل فرم کوچکتر، سبک تر و راحت تر است. دستیابی به این در حالی که حفظ یا بهبود عملکرد نیاز به یک تجدید نظر اساسی از چگونگی زیر سیستم های الکترونیکی طراحی شده است.

چرا ماژول های یکپارچه ADC و تقویت کننده اهمیت دارند

به طور سنتی، ADC ها و تقویت کنندگان قطعات جداگانه ای بودند که به طور جداگانه در یک هیئت مدیره مدار چاپی قرار می گرفتند (PCB) این رویکرد فضای هیئت مدیره قابل توجهی را مصرف می کند، پیچیدگی مسیریابی را افزایش می دهد و منابع صوتی بالقوه را از ارتباطات طولانی مدت معرفی می کند، با ادغام هر دو عملکرد به یک ماژول واحد، طراحان می توانند به یک رد پا کوچکتر، کاهش خازن انگل، و مسیرهای سیگنال کوتاه تر که منجر به ایمنی بهتر، علاوه بر این، سیستم مدیریت برق یکپارچه شده است که اغلب اجازه می دهد عامل قدرت عملیاتی دقیق تر، و کارآمد تر است.

مزایای کلیدی برای طراحی های متنوع

  • ] پس انداز فضایی: ادغام نیاز به تقویت کننده جداگانه و بسته های ADC، آزاد کردن املاک و مستغلات ارزشمند برای سنسورهای اضافی، ظرفیت باتری یا ماژول های اتصال بی سیم.
  • مسیریابی تقویت شده: یک ماژول واحد تعداد اتصالات ردیابی را کاهش می دهد، کاهش خطر تخریب سیگنال و مداخله الکترومغناطیسی (EMI).
  • بهبود یکپارچگی سیگنال: اتصالات کوتاه تر بین خروجی تقویت کننده و ورودی ADC به حداقل رساندن وانت صدای خارجی، حفظ وفاداری سیگنال های سنسور ضعیف مانند کسانی که از الکتروکاردیوگرام (ECG) یا Photoplethysmography (PPG) سنسورها.
  • قابلیت اطمینان قابل اعتماد: تعداد کمتری از مفاصل فروخته شده و ارتباطات نقاط شکست بالقوه را کاهش می دهد، که منجر به دستگاه های قوی تر می شود.

چالش های طراحی در ایجاد ماژول های مجتمع Compact

در حالی که مزایای آن روشن است، مهندسی یک ماژول یکپارچه ADC و تقویت کننده برای پوشیدنی ها چندین مانع فنی را ارائه می دهد.هر چالش نیاز به راه حل های نوآورانه دارد تا اطمینان حاصل شود که ماژول مطابق با الزامات سختگیرانه مصرف کننده و پوشیدنی های درجه پزشکی است.

حفظ یکپارچگی سیگنال در مقیاس کوچک

در یک ماژول جمع آوری، مدارهای آنالوگ و دیجیتال باید در نزدیکی نزدیک وجود داشته باشند. نویز دیجیتال سوئیچ از منطق کنترل ADC یا رابط داده می تواند به ورودی تقویت کننده حساس، فاسد کردن طراحان اندازه گیری با این از طریق برنامه ریزی دقیق کف، استفاده از هواپیماهای آنالوگ و دیجیتال، و استفاده از حلقه های محافظ و انزوا در سیلیکون می میرند، علاوه بر این تکنیک های طرح پیشرفته مانند لایه های سیگنال پاک سازی و کمک به حفظ لایه های سیگنال های سیگنال های سیگنال های سیگنال های سیگنال پاک کننده اختصاص داده شده.

کاهش تداخل الکترومغناطیسی (EMI)

دستگاه های پوشیدنی اغلب توسط فرستنده های RF (Bluetooth، Wi-Fi، سلولی) و دیگر مدارهای با فرکانس بالا احاطه شده اند. ماژول یکپارچه همچنین می تواند EMI را تولید کند.برای پاسخگویی به استانداردهای نظارتی (مانند FCC و CE) و جلوگیری از مداخله با سایر توابع دستگاه، مهندسان از فیلترهای اپوکسی، خازن های decoupling، و عدم دقت برخی از ماژول های مشابه سازی ساخته شده با استفاده از پوشش فلزی یا می توانند از پوشش های فلزی یا پوشش های فلزی استفاده کنند.

کاهش مصرف برق بدون عملکرد Sacrificing

عمر باتری یک نقطه فروش اولیه برای پوشیدنی ها است. ماژول های یکپارچه باید در سطوح فوق العاده کم قدرت، اغلب در محدوده میکروampere، در حالی که هنوز ارائه وضوح بالا (به عنوان مثال، 16 بیتی یا 24 بیتی) و نرخ نمونه برداری کافی از تعادل از فرآیندهای پیشرفته CMOS، طراحی مدار زیر و تکنیک های مدیریت پویا مانند وضوح برق مدرن (نسخه استاندارد) و مدیریت برق ارائه می دهد.

دستیابی به دست آوردن و حل کافی

سنسورهای پوشیدنی اغلب تغییرات ولتاژ بسیار کوچک را ایجاد می کنند - به عنوان مثال، یک ترمزو تولید تنها چند میکرو ولت در هر درجه سانتیگراد، یا یک الکترود بیولوژیکی ظرفیت را به دست آوردن سیگنال های قلبی سطح میلی ولتی، تقویت کننده باید به اندازه کافی برای به دست آوردن این سیگنال ها به محدوده ADC بدون اضافه کردن سر و صدا قابل توجه، ماژول های یکپارچه در حال حاضر شامل تقویت کننده های قابل برنامه ریزی (GAP) است که می توانند برای تنظیم سرعت بالا و سازگار سازی های مختلف سازگار شوند.

تکنولوژی های نوظهور و تکنیک های طراحی

سرعت نوآوری در ماژول های یکپارچه ADC و تقویت کننده شتاب می یابد، که با خواسته های پوشیدنی نسل بعدی هدایت می شود. چندین تکنولوژی کلیدی در حال شکل دادن به آینده هستند.

راه حل های Ultra-Low-Power SOC

سیستم-on-chip (SoC) نزدیک است که نه تنها ADC و تقویت کننده را ادغام می کند، بلکه یک میکروکنترلر، حافظه و رابط بی سیم به طور فزاینده ای رایج می شوند.این دستگاه های بسیار یکپارچه به طور چشمگیری شمارش اجزای یک گره سنسور پوشیدنی را با یک اتصال PLT 2:LT 2:2 ادغام می کنند.

بسته بندی پیشرفته: Fan-Out Wafer-Level و 3D Stacking

برای به حداقل رساندن رد پای بیشتر، تولید کنندگان روش های بسته بندی پیشرفته را اتخاذ می کنند. بسته بندی سطح Fan-outfer (FOWLP) اجازه می دهد تا برای یک اندازه بسته کوچکتر بدون پیوندهای سیم خارجی، کاهش تراکم انگل 3D سیلیکون با استفاده از از از طریق اتصال از طریق (TSV) امکان ادغام عمودی تقویت کننده و ADC، کاهش کل منطقه پوشیدنی در این تکنولوژی های مهم است که در آن ضخامت های مهم هستند.

کالیبراسیون دیجیتال و تست خود

برای حفظ دقت بالا در دما و پیری، ماژول های یکپارچه به طور فزاینده ای در مدارهای کالیبراسیون دیجیتال تراشه ترکیب می شوند.این مدارهای اندازه گیری و به دست آوردن خطا در طول راه اندازی یا دوره ای، سپس اصلاح به صورت دیجیتال اعمال می شود، برخی از ماژول ها شامل ویژگی های خود تست (BIST) است که می تواند یکپارچگی مسیر سیگنال را بدون تجهیزات تست خارجی تأیید کند، بهبود قابلیت اطمینان در تجهیزات پزشکی که در آن شکست گزینه ای نیست.

ادغام MEMS برای Multi-Sensor Fusion

مرز بعدی ادغام سنسور ADC و تقویت کننده با سنسورهای MEMS در همان بستر است.به عنوان مثال، شتاب سنج یا ژیروسکوپ می تواند با مدار اختصاصی سیگنال تنظیم شده خود ترکیب شود، ایجاد یک واحد اندازه گیری کامل (IMU) در یک بسته کوچک، این رویکرد باعث کاهش فضای هیئت مدیره و الگوریتم های به طور چشمگیری پیچیده برای تشخیص حرکت، و ردیابی حرکت و تجزیه و تحلیل حرکت.

نمونه های کاربردی در دستگاه های پوشیدنی

ردیاب های فیتز و Smartwatchs

ردیاب های تناسب اندام مدرن به سنسورهای PPG برای ضربان قلب و نظارت بر اکسیژن خون متکی هستند. خروجی Photodiode یک جریان کوچک است که نیاز به تقویت کننده ترانسimpedance دارد و به دنبال آن یک ماژول یکپارچه ADC است که به طور خاص برای جلو نوری طراحی شده است، مانند Maxim Maxim86141 [F:1]، ترکیب یک بسته کم ارتفاع، تقویت کننده و نظارت مداوم باتری با سرعت مداوم.

پچ های پزشکی و Glucose Monitors

پچ های پزشکی قابل تحمل، مانند مانیتورهای گلوکز مداوم (CGMs) یا پچ های ECG، نیاز به نویز بسیار پایین و وضوح بالا برای تشخیص سیگنال های بیولوژیکی ضعیف دارند. ماژول های یکپارچه با 24 بیتی delta- Sigma ADCs و تقویت کننده های ناپایدار هلیکوپتر در حال حاضر در بسته ها به عنوان کوچک به عنوان 2x2 میلی متر در دسترس هستند. این دستگاه ها از الگوریتم های اختصاصی برای لغو و حرکت، ارائه سیگنال های تشخیصی روشن برای سیگنال های بالینی.

دانلود موسیقی متن فیلم Hetive and Audio Augmentation

True Wireless Earbuds و سمعک از ماژول های یکپارچه ADC و تقویت کننده بهره مند می شوند که سیگنال های میکروفون را با کمترین قدرت تبدیل می کنند. ماژول مشابهی همچنین می تواند یک سخنران کوچک را هدایت کند، ایجاد یک مسیر صوتی کامل در یک تراشه واحد. پیشرفته پیشرفته صدا و تقویت کننده سیستم ها از میکروفون های متعدد با به دست آوردن محکم و ویژگی های فاز استفاده می کنند، که با راه حل های یکپارچه که باعث کاهش ناسازگاری بین کانال های بین کانالی می شود.

روندهای آینده: AI در Edge و برداشت انرژی

با نگاهی به جلو، همگرایی جلویی یکپارچه با پردازنده های ابر AI پوشیدنی ها را قادر می سازد تا تجزیه و تحلیل زمان واقعی را بدون ارسال داده های خام به ابر انجام دهند، این پهنای باند را کاهش می دهد و قدرت را ذخیره می کند، به عنوان مثال، یک ماژول یکپارچه می تواند آریتمی ها را از یک سیگنال ECG تشخیص دهد، که تنها در صورت لزوم هشدار می دهد. - فناوری های انرژی، مانند ژنراتورهای فتوولتائیک یا سیستم های پوشیدنی، که به طور بالقوه می توانند این ماژول های خود را شناسایی کنند.

نتیجه گیری

توسعه ماژول های یکپارچه ADC و تقویت کننده یک فعال کننده حیاتی برای موج بعدی دستگاه های پوشیدنی است.با ترکیب قابلیت ها، صرفه جویی در فضا و کاهش قدرت، این ماژول ها به مهندسان اجازه می دهد تا محصولاتی را ایجاد کنند که به طور همزمان توانایی بیشتری دارند و راحت تر هستند، زیرا فرآیندهای نیمه هادی و فن آوری های بسته بندی همچنان به تکامل خود ادامه می دهند، ما حتی می توانیم انتظار سطوح بالاتری از ادغام را داشته باشیم، و ما را به چشم انداز بی نظیر پوشیدنی نزدیک تر می کنیم که زندگی روزمره ما را تقویت می کند.

برای مهندسانی که در طراحی پوشیدنی شرکت می کنند، ارزیابی آخرین ماژول های یکپارچه از تولید کنندگان پیشرو اولین گام عاقلانه است. Resources مانند تجزیه و تحلیل پوشیدنی طراحی الکترونیکی و MDPI] ارائه بینش های مداوم در این زمینه سریع حرکت.