מרכיבים פילטרים פעילים עברו טרנספורמציה יוצאת דופן במהלך העשורים האחרונים, אשר התפתחו ממכשירים מעבדה רבתיים לגושים מבניים חיוניים עבור המערכות האלקטרוניות הקטנות ביותר.אבולוציה זו מונעת בעיקר משני כוחות הקשורים: דחיפה חסרת רחמים כלפי צמצום על פני אלקטרוניקה צרכנית והצמיחה הנפץ של רכיבים שניתן ללבוש כיום, מסננים פעילים הם קריטיים לניהול שלמות, דיכוי רעש, וצריכת חשמל בהתקנים אלה חייבים להתאים לסף דרך, אפילו לכיוונים טכנולוגיים, או למולכם, ואפילו למולכם, תוך כדי ניתוחי עור פעיל, או למולכם, או למול גורמים מתקדמים, או למולכם, תוך כדי תנועה היסטורית, או למולכם, או למולהם של חומרים מקבצי קוגניבה, או למולכם, תוך כדי פילטרים, תוך כדי פילטרים, או למניעים, או למולכם, או למול גורמים מתקדמים, תוך כדי תנועה, תוך כדי תנועה של חומרים פילטרים, תוך כדי תנועה של קוגניבה, תוך כדי תנועה של חומרים פילטרים פעילים של קוגניבה של חומרת עוריים, תוך כדי תנועה, תוך כדי תנועה של קוגניבה, תוך כדי תנועה של פילטרים פעילים, תוך כדי תנועה של תפקוד, תוך כדי תנועה של חומרת עור

רקע היסטורי של Active Filters

הרעיון של מסנן פעיל מתוארך עד אמצע המאה ה-20 כאשר מהנדסים ביקשו להתגבר על המגבלות של מסננים פסיביים - כלומר, חוסר יכולת לספק רווח ואת הצורך של מחנכים רבים.פילטרים פעילים מוקדם התנצלויות, כגון Sallen-Key ועיצובים מכובדים המדינה, התבססו על מגברות תפעוליות (op-amps), מתנגדים, ו- capacitors על מעגלים אלה היו יעילים יחסית, אך ורק על מערכות עיבוד חשמליות, הן יעילות יחסית, הן רכובות, אך הן רכובות, הן רכובות, אך הן רכובות, הן רכובות, הן רכובות, הן רכובות, יעילות למדי, אך הן רכובות, הן רכובות, הן רכובות, הן רכובות, הן רכובות, אך ורק על מערכות עיבוד יעילות למדי, הן רכובות, אך יעילות למדי, אך ורק על מערכות תקשורת מתוחכמות, אך הן רכובות, הן רכובות, הן רכובות, אך ורק על מערכות הפעלה, הן רכובות, הן דחוסות, הן רכובות, אך ורק על גבי כלי תקשורת, הן רכובות, הן רכובות, הן רכובות, הן רכובות, הן דחוסות,

במהלך שנות ה-60 וה-70, תיאוריית סינון פעילה התבגרה לצד התפתחות טכנולוגיית המעגל המשולבת.המבוא של הדגמות מונוליטיות כמו μA709 של Fairchild ולאחר מכן את כל ה- 741 הניברסאלי הפעיל מסנן נגיש יותר, אך עדיין ספירות רכיב נשאר גבוה.כל שלב המסנן הנדרש רכיבים פסיביים חיצוניים, עם זאת, הגבלת miniaturization.

בשנות ה-80, טכניקות סינון מעבורת-capacitor הופיעו, ומאפשרות למאפיינים מסנן להיות נחושים על ידי יחסי קיבולטור תדרי שעון ולא ערכים מדויקים של התנגדות, שינוי זה אפשר שילוב גדול יותר, כי ניתן לפוצץ על שבב עם דיוק יחסי גבוה.למרות ההתקדמות, מסננים פעילים עדיין נדרשים רכיבים מחוץ ליישומים רבים, ואת הכונן לעבר מכשירים קטנים יותר היה רק ההתחלה.

כוח הנהיגה של Miniaturization

המהפכה האלקטרוניקה הצרכנית של שנות ה-90 וה-2000 הטילה לחץ עז על כל רכיבי המעגל כדי לכווץ.הפילטרים הפעילים לא היו יוצאי דופן.כמו טלפונים סלולריים, שחקני מוסיקה ניידים ומצלמות דיגיטליות, אשר הופצו, מהנדסים היו צריכים לפתח פתרונות סינון שמתאימים לאזורי לוח המתגברים תוך שמירה או שיפור ביצועים. דרישה זו צברה כמה חידושים חשובים בעיצוב מעגלים משולב, אריזה וייצור.

עיצוב מעגלי משולב פורץ דרך

אחת ההתפתחויות המשמעותיות ביותר הייתה היכולת להטביע פונקציות מסנן פעיל מוחלט בתוך סיליקון יחיד למות.על ידי מינוף של מתכת-פח-חמצני--העצמים (CMOS) תהליכים, מעצבים יכולים לשלב מאות של דגי דומיינים, קפצו, ואפילו רשתות מעבורת מעבורת מוחלשת על שבב קטן יותר מאשר אצבע. רמה זו של שילוב של רכיבים פסיביים רבים, צמצום המרחב והעלויות של לוחיות מורכבות לעתים קרובות יכול להיות מקודמת באמצעות שבבים שונים.

Surface-Hard Technology ו- Advanced Packaging

המעבר ממרכיבים דרך-חור לטכנולוגיה על פני השטח (SMT) היה גם טרנספורמטיבי. SMT מתנגדים ו- capacitors הפכו זמינים בחבילות כמו 0402 (0.04"x0.02) ולאחר מכן 0201, המאפשר פריסות צפופות יותר.SMT (BGA) ו quad שטוח no-le-ad חבילות עבור מסנן ICs פעיל אפשרו לי/O בחיבורים קטנים יותר (Mtric) ו-Mp) עם מחסנים אחרים (Dupt-Mp) ו-R) ו-Mp) מחסנים (Dack) ו-Mpack) מחסנים (Dack (Dacking Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limiting Limits) ו-Mtric) ו-Mtric) ו-Mtric) ו-Mtrics (QFR) חבילות ללא תשלום ללא תשלום פונקציונליות מורכבות של מחסנים (QFN) עבור מחסנים (QFN) מחסנים) מחסנים (QFN) ו-Mtric

תוצאות מסחר ואתגרי הנדסה

המיניגלגליזציה אינה ללא פשרות. מרכיבים פסיביים קטנים יותר יש מתחים התמוטטות נמוכה יותר וחוסר ודאות גבוהה יותר, אשר יכול לדרג דיוק מסנן פילטר וטווח דינמי.על שבבים סובלים גם מדחיסות נמוכה יותר ודליפה גבוהה יותר בהשוואה לרכיבים דיסקרטיים.מהנדסים צריכים לאזן את גודל, צריכת החשמל, וביצועי רעש באמצעות בחירה אחורית זהירה, תהליך, וטכניקות דיגיטאליות דיגיטליות אלה הפכו להיות אפילו יותר ויותר דחוסות.

פילטרים Actives in Wearable Technology

מכשירים לבישים מייצגים מקרה קיצוני של miniaturization בשילוב עם דרישות כוח וביצועים מחמירים.מעקבי כושר, שעונים חכמים, מכשירים שמיעה, צגים רגולציות מתמשך, ותיקונים חכמים כולם מסתמכים על מסננים פעילים כדי לקבוע אותות מחיישנים, לנהל תקשורת אלחוטית, ולהרחיב את חיי הסוללה. הדרישות ספציפיות של עונדים יש החידושים שכיום מחלחלים לשווקים אלקטרוניים רחבים יותר.

כוח יעילות כקונסטריט ראשוני

רוב המשקפיים מופעלים על סוללות ועל לפעול במשך ימים או שבועות על מטען יחיד. פילטרים פעילים, אשר צורכים כוח באמצעות המגברים שלהם ואת מעגלי ההטיה שלהם, יכול להשפיע באופן משמעותי על זמן הפעלה המערכת הכוללת. כדי לענות על זה, מעצבים פיתחו אולטרה-עוצמה אופטית-נמוך עם זרמי לחץ אנרגיה קבועים, כאשר הם מופעלים על ידי חיישנים מוגבלים ל-microampere.

אינטגרציה של מערכות קומפקטיות

לבישים הם סביבות רועשות לשמצה. Proximity של מעבדים דיגיטליים, טראנסים אלחוטיים, ועיגולים ניהול חשמל יוצר הפרעה אלקטרומגנטית (EMI) שיכולה להשחית קוראי חיישן.פילטרים פעילים חייבים לספק חזק מחוץ לפס בעת הפעלת מתחים אספקה נמוך כמו 1.2 רמות נמוכות של מגבר נמוך, לעתים קרובות משולב לתוך המסנן, קריטי לשימור אותות גמישים לסינון-מפלקסיביים, הם בשימוש נפוץ על מנת לסינון רגיל.

המונחים: Mechanical Flexibility

העיצוב הפיזי של עוליות דורש לעתים קרובות רכיבים כדי להתאים משטחים מעוקלים או אפילו להיות nd שוב ושוב.זה הוביל מחקר אלקטרוניקה גמישה ומתרחבה. מעגלי מסנן Active המסנן שנבנו על פוליimide או PET substrates באמצעות טרנזיסטורים דקים-סרטים (TFTs) או רכיבי ליבות אורגניות מפותחים עבור יישומים כמו כתמים בריאותיים בעלי ערך עור.

טכנולוגיות מפתח שעושות שימוש בפילטרים פעילים

מספר חידושים טכנולוגיים ספציפיים אפשרו לסננים פעילים כדי לעמוד באתגרים של מיניאורות ולבושות.חלק מההשפעה ביותר כוללים:

Integrated Filter ICs

חברות כגון Analog מכשירים, טקסס מכשירים, וממקסימים Integrated לייצר מסנן ICs המשלבות מספר רב של קטעי מסנן דו-קוהרנטי, רווח מתוכננים, ממשקי תצורה דיגיטלית בחבילות קטנות כמו 2 מ"מ × 2 מ"מ. מכשירים אלה מאפשרים למעצבים ליישם תעריפים נמוכים, פאס גבוה, פס קבוצתי, ולא צ'אט עם תדרים מופחתים באמצעות SPI או IC.

אדריכלות דלת-נמוכה, דלת-Power Amplifier

המגבר התפעולי הוא הלב של מסננים פעילים ביותר. מודרניים אולטרה סגול הדגמות להשיג דמויות רעש מתחת 10 nV / ⁇ Hz עם זרמי quiscent תחת 1 μA. טכניקות כגון חיתוך ייצוב ואפס אוטומטי אפס ירידה ירידה ו 1 / רעש, אשר חשוב במיוחד עבור מדידות ביו-קו-יכול ב-C-GGable ו-GGGGGGGGGGG אלה יכולים להשתלב ישירות לתוך פילטרים.

ריבועים גמישים ו- Roll-to-Roll fabrication

עבור באמת ללבוש או מכשירים מושתלים, ICs סיליקון קשיח לא תמיד אידיאלי. קבוצות מחקר הוכיחו מסננים פעילים על תת-שכבות גמישות באמצעות סיליקון amorphous, IGZO, ואפילו transistors פחמן ננו-tube. בעוד טכנולוגיות אלה כיום יש תדרי חיתוך נמוכים יותר (טווחkHz), הם מספיק עבור יישומים ביופוטנטיים רבים וטמפרטורות חישה.

עיבוד אותות דיגיטליים כ-Comlement

במובנים מודרניים רבים, מסנן פעיל אנלוגי משמש שלב מול-פניה נגד-פניה, בעוד שרוב המסנן מבוצע דיגיטלית לאחר המרה אנלוגי-לדיגיטלית. גישה היברידית זו ממנתמת את היעילות של CMOS לוגיקה דיגיטלית עבור משימות מסונן מורכבות תוך שימוש מסנן פשוט, נמוך כוח נמוך כדי למנוע מסננים.

חומר ופרסום מראש

האבולוציה של מסננים פעילים אינה נפרדת מהתקדמות בחומרים למחצה ותהליכי ייצור.סיליקון CMOS נשאר סוס העבודה, אך תהליכים מיוחדים הופיעו כדי לטפל בצרכים ספציפיים.

(FLT:0) CMOSIRLT:1 מציע קפיטלנס parasitic ודליפה, המאפשר תדרים תפעוליים גבוהים יותר וצריכת חשמל נמוכה יותר.

(FLT:0Gallium Arsenide (GaAs) ו- Silicon Germanium (SiGe)igital 1 טכנולוגיות לספק אפילו מהירות גבוהה יותר (טווח ג'יגה-הרץ) ומשמשות במסננים אולטרה-רחבים ליישומים כמו מחוות מכ"ם, אך העלות הגבוהה והצריכת החשמל מגבילים אותם לחבושות פרמיות.

(FLT:0 אינטגרציה ו- Through-Silicon Vias (TSVs)Fevolveve:1LT) מאפשר מסנן פעיל למות כדי להיות ערער אנכי עם חיישנים, מעבדים וסוללות.זה מקטין את טביעת הרגל באופן דרמטי ומקצר את אורך החיבור, שיפור השלמות של אותות עתידיים ללבוש עשוי לכלול בנקים מסננים שלמים בתוך תת-קרקעית החיישן.

מגמות עתידיות בטכנולוגיית Active Filter

במבט קדימה, רכיבי סינון פעילים ימשיכו להתפתח בתגובה לצרכים של עונדים אינטליגנטיים ומונים יותר. מגמות רבות עלולות לשלוט בעשור הבא.

AI-Enabled Adaptive filters

אלגוריתמי למידת מכונות משולבים ישירות לתוך צניפים חיישן לבצע סינון מותאם בזמן אמת. אנליסטים Analog מסננים שיכולים להתאים את המאפיינים שלהם בהתבסס על דפוסי רעש נלמד יהפכו נפוצים יותר.לדוגמה, מסנן פעיל בשעון חכם יכול באופן אוטומטי לשנות את תדירות הניתוק שלה כאשר המשתמש נכנס לסביבה רועשת, שמירה על איכות אות ללא התערבות ידנית.

אנרגיה-Harvesting and Self-Powered filter

מכשירים לבישים מכוונים לחסל סוללות לחלוטין על ידי קצירת אנרגיה מחום הגוף, תנועה, או אור מתחרה. מסנן פעיל עבור מערכות אלה חייב לפעול ברמות הנוכחיות של פיקואמפר ולהתחיל מהצטננות במהירות רבה. מחקר לתוך ארכיטקטורות מסנן אפס כוח, כגון אלה באמצעות חומרים אולטרה-capacitors או המרה חשמלית אנרגיה, בסופו של דבר יכול לייצר מסננים הדורשים אספקה חיצונית עבור יישומים נמוכים.

מסננים שאינם מותאמים ו bioתואמים

לביבשים רפואיים נעים ממגע עור למכשירים מותאמים לחלוטין לניהול מחלות כרוניות.פילטרים פעילים לחיישנים מותאמים להשתלת חייבים להיות חתומה, ביו-תואמים, ומסוגלים לפעול במשך שנים עם ציפויים מינימליים.ד-סרטים, חבילות קרמיקה ותהליכי CMOS מדורגים לטמפרטורה הגוף מאפשרים לפילטרים הבאים אלה המשמשים במערךי הקלטות עצביות, למשל, דורשים רעש נמוך מאוד (1μV) וגילויים להפרעות פוטנציאליות) כדי לזהות פעולות משותפות.

המונחים: shapeing

כמו חיישנים קוונטיים (למשל, NV-diamond מגנטים, שעונים אטומיים) הופכים למיניסטרציה, הם ידרוש מסננים פעילים שיכולים להתמודד עם אותות קטנים מאוד בטמפרטורות מבוכות או גבוהות.דרישות על רעש, לינאריות, ורוחב הפס ידחוף טכנולוגיות מוליכים למחצה לגבולותיה. בעודם עדיין ניסיוני, לעבוד על מסננים בסיליקון-german heteroion bior קוטבי (HBT) לתהליכים מקיפים, אשר מציעים טמפרטורות סטרואנטריות (כגון אטומיות) כדי נוירונים).

מסקנה

המסע של רכיבי מסנן פעילים מ מעגלים דגימת אלקטרוניקה משולבים מאוד, יעיל כוח, ומערכות גמישות מכנית מראה את המסלול הרחב יותר של אלקטרוניקה miniaturization. Driven על ידי הדרישות הבלתי נלאות של טכנולוגיה לבישה, מהנדסים חשפו פונקציות סינון מורכבות IoT לתוך חללים פעם אחת כבושה על ידי מסננים פעילים של היום הם לא רק עותקים קטנים יותר של קודמיו; הם משלבים יכולת דיגיטלית, כמו גם חומרים חכמים יותר, כמו גם לא פחות, כמו גם חומרים גמישים, כמו גם אוטונומיה יעילה יותר, אלא גם אקטיביים, כמו גם אקטיביים, כמו גם אקטיביים, 000 יעיל יותר, כמו גם אלקטרוניקה פעילה, כמו גם אלקטרוניקה יעילה יותר, כמו גם אלקטרוניקה יעילה יותר, 000.