עיצוב מהיר עבור אלקטרוניקה לבישת: אתגרים ופתרונות

עלייתם של חבורות מהירות גבוהה וההנדסה הרדלס Ahead

אלקטרוניקה לבישת התפתחה מדלפקי צעד פשוטים ומראיות הודעות לצגים מתוחכמים בכיתה, מציאות מוגברת ראשי המציאות, ומאמנים תמיד מחוברים לכושר.השעון החכם המודרני אורז עכשיו את הכוח הניח של סמארטפון בן עשור, בעוד ש- AR משקפיים מזרימים וידאו, מפה סביבה בזמן אמת, ועידוד מידע דיגיטלי על העולם הפיזי.

אתגרים מהירים בעיצוב מהיר

כוח לעומת סוללה חיים

הגורם היחיד המגביל ביותר בכל לבישת הוא הסוללה שלו. A 300-500 mAh התא אופייני לשעון חכם, אבל משקפי AR לעתים קרובות יש אפילו פחות מקום, מה שהופך מעצבים ללחיצת ביצועים מוואט בטווח מילימטר. עיבוד נתונים במהירות גבוהה - בין אם שבב עצבי-מנועי או 60 GHz - מושך יותר הנוכחי ללא ניהול זהיר, סטרימינג במהירות גבוהה בתוך זמן ארוך טווח הסוללה הנדרשת כדי לשמור על לוח זמנים ארוך טווח כוח.

מיני-אירויציה והכחשה

לבישים חייבים להיות קטנים מספיק כדי לא להפריע לתנועה הטבעית. a True Wireless אוזן, למשל, בתים מערכת Bluetooth מלאה, accelerometer, חיישן מגע קיבולי, סוללה, ורמקול בפגז בגודל של אמבטית גבוהה מעלה שוב ושוב ממשקי אותות במהירות גבוהה דורש עקבות מאולתרים מדויקים, אשר קשה לתוואי במול שכבתיים רב שכבתיים כי הם רק 0.4 מ"מ עבה ו- Cacking בעיות.

דיסipation in a Confined Volume

מעגלים מהירים גבוהים מבזבזים קצת אנרגיה כמו חום; 2 W שיא לצייר בתוך מתחם 3 ס"מ3 יכול להעלות טמפרטורות פני השטח מעל 45 מעלות צלזיוס, אשר שניהם לא נוח לבבש ומסוכנת פוטנציאלי לעור רגיש.בניגוד למחשב נייד, ללבושים אין מאוורר, מוגבל חום sinking מסה, ולעתים קרובות a פלסטיק או בד כי פועל כמו insulator.

אותות אינטגרטיביות והתערבות

אותות דיגיטליים מהירים (למשל, MIPI D-PHY פועל ב 2.5 Gbps) רגישים אפילו מומים זעירים של חוסר התאמה וכובע צנחן parasitic. in a Wearable, עקבות PCB קצרים, אבל הקרבה לקווים מהירים אחרים, האנטנה, היד של המשתמש או הראש של המשתמש יוצר סביבה אלקטרומגנטית מאתגרת.

גמישות מכנית ויציבות

רבים לבישים - להקות מתאימות, בגדים חכמים, חיישני סוג - חייב להיותנד, טוויסט, למתוח מאות אלפי פעמים על תוחלת החיים שלהם. נוקשות המסורתית , PCBs סדק תחת ראווה חוזרת חוזרת. אותות מהירים דורשים תנופה עקבית אפילו כאשר תת-קרקעית bends; כל שינוי בגאומטריה משנה את המאפיינים של קו השידור.

פתרונות חיתוך-Edge עבור מהירות לבישת ויעילות

Ultra-Low-Power SoC Architectures

ספקים הסיליקון מציעים כעת מעבדי יישומים עם איים בעלי כוח נמוך ייעודי.לדוגמה, מתגי FLT:0Ambiq של אפולו4FLT:1 SoC משיג תחת 5 μA / MHz במצב פעיל באמצעות מתגי צוללות הכרחיים ל-0.6Shold Power-Optimized Technology (SPD) זה מאפשר שעון חכם לעבד נתונים ללא הרף ממטר לב וקצב מהיר עדיין יכול להיות מכווץ גבוה של מערכת CD.

שילוב מתקדם: 2.5D ו-3D

כדי להתגבר על התחזוקה של שטח לוח, ללבוש מודרני להשתמש מערכת-in-in-package טכנולוגיה כי ערימה זיכרון למות ישירות על גבי המעבד. H2 שבב H2 של Apple ב- AirPods Pro, למשל, משלב את תהליך ה-DSP, Bluetooth Transceive, ובקר קיבולי לתוך חבילה אחת פחות מ 5 מ"מ × 5 מ"מ באמצעות אורך נשימה גבוהה (I) עם שבבים אחד) עם שבבים יחיד (Ric) עם שבבים) הוא נמוך יותר מצמצם אתחולהחלישומי CPTSPTS) עם שבבים אחר, 000 אחוריים אחד (R) עם שבבים) עם שבבים 1 ליטרים (Ric) עם שבבים) עם שבבים) עם שבבים אחד (Ric) עם שבבים אחד) עם שבבים אחד) עם שבבים אחד (Ric) עם שבבים אחד (Ric) עם שבבים) עם שבבים יחיד לחץ דם גבוה יותר מצמצם שבבים אחד (Ric) עם שבבים אחד (אופטיים אחוריים) עם שבבים אחד) הוא נמוך יותר מצמצם את זה הוא נמוך יותר מצמצם אתחולהחלישומי לחץ דם יחיד לחץ דם גבוה יותר מ- 2

ניהול תרמי באמצעות חומרים ועיצוב

צינורות חום ותאים אדפור עבה מדי עבור עונדים, כך מעצבים פונים ל- FLT:0 גרף גרף גרף סרטני גרפיטי מתחת ל-1 (למשל, קרינת Panasonic's PGS) אשר התפשטה מאוחר יותר חום עם עדשות מתכת עד 1500 W/mK - גבוה יותר מאשר נייר נחושת.

אותות אינטגרטיביות עם סובסטריטים גמישים

גמישות (CBMI) עשוי פולימר פולימר גביש נוזלי (LCP) יכול להשיג שרביטים מאולתרים מבוקרים אם תוכנן עם שכבת "המוגזמת" או נוזל (לדוגמה, מעקב של 50 ⁇ על מכווץ שומר על הדבקה בתוך ±10% מעל קו רדיוס משותף 20 מעלות אם עובי תת-קרקעי מוחזק קבוע, וסולפת נחושת היא התגלגלה (לא אלקטרו-מפלקס) המאפשרת של מספר נמוך של דביקים (Flowed) נמוך יותר מכווץ נמוך יותר מכווץ (Flowed)

עיצוב אנטנה עבור Multi-Band Operation

(המשקפיים האלחוטיים המהירים דורשים אנאנטנות יעילות וחמקמקות, אך הגוף של המשתמש מסיט אותם ומפחית את הקרינה.בשים מודרניים משתמשים באנטנות המסגרת:0metal-framesFLT:1 כאשר חלק ממקרה השעון הוא ממריץ כמו אנטנה קטנה עבור Wi-Fi / Bluetooth, בעוד אנטנות נפרדת מטפלות GPS: CVericials (Factericial) עם כמה רכיבי אבטחה קטנים (מתאים) או אנטנות (מסלולאריים) אנטנות (מתאים) אנטנות (מדומים ל-Ricial) כגון: CLT2) אנטנות) אנטנות (Factamactams) אנטנות אנטנות (מחדשניים) אנטנותרפיות) עם מספר אנטנותקטיביים) אנטנות (מחדשניים (מחדשניים) עם מספר אנטנות (מחדשות) עם מספר אנטנות (מחדשניים) עם מספר אנטנות (מנטליות) אנטנות אנטנות אחוריות) אנטנות (מנטליות) אנטנות (מחדשניים) אנטנות) אנטנות אחוריות) אנטנות (מחדשניות

חידושים לסוללות עבור Sustained High Speed

בעוד שכימיה של סוללות לא הכפילה את יכולתה בעשור, סוללות חדשות:0 פתורות-מדינה מפזרות את הסוללות של תאים 1 (למשל, מ-TDK או Quascape) מבטיחות 2–3× צפיפות אנרגיה גבוהה יותר וטעינה מהירה יותר ללא סיכון של היווצרות של מערכת דלק (Vallow-Fi) אך ורק ממזג אווירי חשמל גמישים, ניתן לייצר תאים יציבים, בצורות מעוקלות, אשר ממלאות ללא שימוש במזג אוויריות של אנרגיה נמוכה (R) או ממזג אוויריות (Ral) או ממזג אוויריות אוויריות אוויריות חום (Ral) או ממזג אוויריות (Ral) או ממזג אוויריות (Ral) של אנרגיה נמוכה יותר, אך בטווח של אנרגיה נמוכה יותר, אך בטווח של אנרגיה נמוכה יותר, אך בטווח של אנרגיה) ממזג אוויריות (RV2, אך בטווח של אנרגיה נמוכה (R) של אנרגיה) ממזג אוויריות (Ral) ממזג אוויריות (Ral) של אנרגיה נמוכה יותר, אך בטווח של אנרגיה נמוכה יותר, אך בטווח של אנרגיה נמוכה (R.

כיוונים עתידיים בהנדסה גבוהה מהירה

ניהול כוח AI-Driven Power Management

הגל הבא של עונדים ישתמש ב-device Machine Learning כדי לחזות פעילות משתמשים ולקדם את מצב הכוח של המערכת.לדוגמה, אם ה- רכזת מזהה מחווה לטיפוח יד, ה-SOC יכול לזרז מראש את נהג התצוגה ולעורר את אוטובוס המהירות הגבוהה לפני שהמשתמש אפילו מסתכל על המסך, צמצום הגמישות הנתפסת תוך שמירה על כוח נמוך יותר, AI יכול גם לייעל פרוטוקולים אלחוטיים -0 עד ל- 5.5% -2 תאים קלים של 7.

מעגלים גמישים ומתחים של High-Speed

מחקר מ-FLT:0) אוניברסיטת טקסס באוסטין FIRLT:1 ואחרים יצרו מוליכים מתוחים המבוססים על ⁇ נוזלי-מטאל (למשל, כריזום גליום אינטנסיבי) מוטבע ב elastomer. אלה יכולים לשאת אותות אלחוטיים של ג'יגהארץ- ⁇ ללא אובדן משמעותי אפילו כאשר הם מצופים על ידי 50 אחוזים.

קשורים: Chip Optical Interconnects

כדי לדחוף את שיעורי הנתונים מעבר למה שנחושה יכול להשיג בחלל קטן כזה, כמה חוקרים חוקרים לחקור (FLT:0silicon photonics פוטוניקה פוטוניקה 1FLT:1 מוטבע ב-SoC. לייזר זעיר (למשל, מקור 3-V קוונטי-דוט) בשילוב של יעילות גל הסיליקון יכול להחליף נתיבי אור קלים, צמצום צריכת החשמל (ללא סיום חיצוני) ו- TUSC) בעוד שמרכיבים דחוסים של שבבים יכולים להיות משולבים ב-NCRI נמצאים כיום, בעוד שברשותם, ו-T.

משקפי אנרגיה - אווטוניים

המטרה הסופית היא כי לעולם לא צריך להיות מחובר.שלב חסכוני קציר (חום גוף, RF, קיננטי) עם עיבוד אולטרה-עוצמה ותקשורת מהירה רק כאשר צריך לייצר מכשירים הפועלים ללא הגבלת זמן. דוגמאות מוקדמות כוללות את ה-FLT:0Ambek-PowerWatch) ו-"PowerWatch"FLT:1 אשר פועל על אנרגיה חשמלית, אך ורק ללא הגבלת זמן גבוהה של להקות אודיו - במהירות גבוהה יותר כמו גם שבבים אלחוטיים מהירים יותר, במהירות גבוהה יותר, כמו גם עם מנועים אלחוטיים עם מנועים עם מנועים מהירים יותר, במהירות גבוהה של GPS.

מסקנה

(העיצוב המהיר באלקטרוניקה לבישת הוא בעיה אופטימיזציה רב-ממדית שבה הביצועים, הכוח, החום, הגודל והגמישות חייבים להיות מאוזנים נגד הנוחות והנוחות של המשתמש כיום, המהנדסים של ימינו פותרים את האתגרים הללו באמצעות שילוב של עיבוד סיליקון מתקדם (עיצובים מורכבים, שבבים), חומרים תרמיים חדשניים (סרטים קונסוליים), לולאות מיקרו-השפעה), ושילוב עמוק של מערכת חכמה (מרכיבים) עם תכונות של חומרים אלקטרוניקה, כגון: