הדרך למיניסטרוליזציה באלקטרוניקה

שוק הטכנולוגיה הלובש חווה צמיחה חומרית, עם מכשירים החל מלהקות כושר וצופים חכמים לתיקונים רפואיים מתקדמים ומשקפיים מציאות מוגברת. חוט משותף בכל המכשירים האלה הוא המרדף הבלתי פוסק של גורמים קטנים, קלים יותר ונוחים יותר טופסי צורה נוחים יותר.Achieving זה תוך שמירה או שיפור ביצועים דורש חשיבה יסודית של איך תת-מערכות אלקטרוניות מתוכננות.בין המצע הקריטי ביותר הם השרשראות האותות שהופכות מידע דיגיטלי ל-D-D-D-D.

למה שילוב ADC ו- Amplifiers Matter

באופן מסורתי, ADCs ומגברי הגדלים היו מרכיבים דיסקרטיים שהונחו בנפרד על לוח מעגלים מודפס (PCB) גישה זו צורכת שטח לוח משמעותי, מגבירה את המורכבות של הפחתת, ומציגה מקורות רעש פוטנציאליים מחיבורים ארוכים. על ידי שילוב שני הפונקציות לתוך מודול יחיד, מעצבים יכולים להשיג טביעת רגל קטנה יותר, קצבי קצבת קצבת קצבת קצבת קצבת קצבה קצבת קצבת קצבת נשימה מהירה יותר, ומהירות אותות שמובילה לחסינות טובה יותר, משולבת, לעתים קרובות יותר, משולבת, ואפקטית כוח משותף, ואפקטית כוח משותף יותר, ואפקטית כוח משותף, לעתים קרובות יותר עבור פונקציות של פונקציות של פונקציות של פונקציות של פונקציות של פונקציות של פונקציות של פונקציות של פונקציות של פונקציות של פונקציות של פונקציות קבוע יותר עבור ימים של פונקציות של פונקציות קבוע יותר, ואפקטיבי סוללה אחת, יעיל יותר, ואפקטיבי סוללה אחת, כדי לשפר יותר, יעיל יותר, יעיל יותר עבור פונקציות קבוע יותר עבור פונקציות קבוע יותר, יעיל יותר עבור פונקציות קבוע יעיל יותר עבור פונקציות קבוע יותר, יעיל יותר עבור פונקציות הפעלה אחת, יעיל יותר, יעיל יותר, כדי ליצור מספר שבועות של פונקציות קבוע יעיל יותר, כדי ליצור תפקוד משותף, כדי לשפר את תפקוד משותף, יעיל יותר, יעיל

יתרונות מרכזיים בעיצובים לבישים

  • (FLT:0)Board Space Savings: FLT:1 אינטגרציה מבטלת את הצורך במגבר נפרד וחבילות ADC, שחרור נדל"ן יקר עבור חיישנים נוספים, יכולת סוללות, או מודולים קישוריות אלחוטית.
  • (FLT:0)Simplified רוסטינג: FLT:1; מודול יחיד מקטין את מספר חיבורי עקבות, מה שמפחית את הסיכון להפחתה של אותות והתערבות אלקטרומגנטית (EMI).
  • (FLT:0)Imrovated Signal Integrity:BuildFLT:1) חיבורים קצרים יותר בין הפלט המגבר ו- ADC למזער את איסוף הרעש החיצוני, שמירה על נאמנותם של אותות חיישן חלשים כגון אלה מאלקטרוקרדיגרם (ECG) או חיישנים פוטו-דמיומוגרפיה (PPG).
  • (FLT:0) אמינות העדר: כפל 1:1) , פחות מכרים וחיבורים בין-ידיים להפחית נקודות כשל פוטנציאליות, מה שמוביל למכשירים חזקים יותר.

אתגרים עיצוב ביצירת מודולים משולבים קומפקטיים

בעוד היתרונות ברורים, הנדסה ADC משולב ומודול מגבר עבור לבישים מציג כמה מכשולים טכניים. כל אתגר דורש פתרונות חדשניים כדי להבטיח שהמודול עונה על הדרישות המחמירות של עונדים צרכניים ודרגים רפואיים.

שמירה על אינטגרציית אותות בקנה מידה קטן

במודול קומפקטי, מעגלים אנלוגיים ודיגיטליים חייבים להיות מעורבים קרוב.דיגיטל מעבר רעש מהלוגיקה של ADC או ממשק הנתונים יכול להתחבר קלט המגבר הרגיש, משחית את המדידה. מעצבי להתמודד עם זה באמצעות תכנון רצפה זהירה, באמצעות מטוסים אנלוגיים ודיגיטליים נפרדים, תוך שימוש טבעות שמירה ומצלי בידוד על סיליקון מת.

הפחתה של אלקטרומגנטי (EMI)

מכשירים לבישים מוקפים לעתים קרובות על ידי משדרי RF (כחול, Wi-Fi, סלולרי) ועיגולים אחרים ב- ⁇ גבוהה.המודול המשולב עצמו יכול גם לייצר EMI. כדי לעמוד בסטנדרטים רגולטוריים (כגון FCC ו- CE) ולהימנע מהתערבות עם פונקציות מכשיר אחרות, מהנדסים מעסיקים מסננים EMI, decoupling capacitorstors, והתאמה זהירה של מודולים שנבנו באמצעות מגנים אלקטרומגנטיים או ציפוי יכול להשתמש ב-PToxyepive.

צמצום צריכת החשמל ללא ביצוע

חיי סוללה הם נקודת מכירה ראשונית עבור לבישים. מודולים משולבים חייב לפעול ברמות כוח אולטרה-נמוכות, לעתים קרובות בטווח המיקרו-אמפרי, תוך עדיין מתן החלטה גבוהה (למשל, 16 סיביות או 24bit) ושיעורי הדגימה נאותה.זה מסחר-off דורש שימוש בתהליכים מתקדמים CMOS, עיצוב מעגלים תת-קרקעי, וטכניקות ניהול אנרגיה דינמיות כגון חובת רכיבה על אופניים ומהירות גבוהה (ADC) המציעה יעילות גבוהה.

השגת הישגים ופתרון

חיישנים לבישים לעתים קרובות מייצרים שינויים מתח קטנים מאוד - למשל, thermocouple מייצרת רק כמה מיקרו וולט לדרגה Celsius, או אלקטרודה אלקטרודה ביו-כי-כישור לאסוף אותות לב ברמה של מילימטרית. המגבר חייב לספק מספיק כדי להביא אותות אלה לתוך טווח של ADC ללא הוספת רעש משמעותי.

טכנולוגיות מתפתחות וטכניקות עיצוב

קצב החדשנות במודולים משולבים ADC ומגבר הוא מאיץ, מונע על ידי הדרישות של בעלי חיים חדשים.כמה טכנולוגיות מפתח מעצבות את העתיד.

Ultra-Low-Power SOC Solutions

(SoC) גישות שמשלבות לא רק ADC ומגבר אלא גם מיקרובקר, זיכרון וממשק אלחוטי הופכות יותר ויותר נפוצות.המכשירים המשולבים הללו מפחיתים באופן דרמטי את ספירת הרכיב עבור חיישן לביש של בעל עששת, לדוגמה, ה-FLT:0Analog מכשירים ADA92FLT:1 מציעות-torail / חיישנים זעירים של ALT2Fbit-F2 , באופן דומה ל-Flowable, כמו גם חיבור ישיר עם ALT2-F2F.

ערכת פיתוח: Fan-Out Wafer-Level ו- 3D Stacking

כדי למזער את טביעת הרגל נוספת, יצרנים מאמצים שיטות אריזה מתקדמות.P-out wfer-level האריזה (FOWLP) מאפשר גודל חבילה קטן יותר ללא אג"ח חוט חיצוני, צמצום אי-חינוך פרציטי.3D ערימה של סיליקון מת באמצעות silicon באמצעות (TSVs) מאפשר שילוב אנכי של המגבר ו- ADC, מכווץ את האזור הכולל על טכנולוגיות אלה הם קריטיים עבור עובי חשוב כמו עובי.

דיגיטציה דיגיטלית ועצמיות

כדי לשמור על דיוק גבוה על טמפרטורה והזדקנות, מודולים משולבים יותר ויותר לשלב מעגלים דיגיטליים של כיבוד דיגיטלי. מעגלים אלה למדוד את ההתחלה ולהשיג שגיאות במהלך ההפעלה או מעת לעת, ולאחר מכן ליישם תיקונים דיגיטלית. חלק מהמודולים כוללים תכונות בנויות-במבחן עצמי (BIST) שיכולים לאמת את היושרה של נתיב האות ללא ציוד בדיקה חיצוני, שיפור האמינות בחיתולים רפואיים שבהם אין אפשרות.

אינטגרציה עם Multi-Sensor Fusion

הגבול הבא הוא שילוב של ADC ומגבר עם חיישנים MEMS על אותו תת-סטריט.לדוגמה, accelerometer או gyroscope יכול להיות ארוז עם מעגל התניית אותות ייעודי שלה, יצירת יחידת מדידה מלאה אינרטית מלאה (IMU) בחבילה בודדת, זעירה. גישה זו מפחיתה את שטח הלוח באופן דרמטי ומאפשרת אלגוריתמים מתוחכמת לפעילות, מעקב, זיהוי, זיהוי.

דוגמאות למכשירים לבישים

מעקב אחר לקוחות ו-Smartwatchs

עוקבים אחר חיישני PPG עבור קצב לב ו ניטור חמצן בדם.הפלט photodiode הוא זרם קטן הדורש מגבר טרנססרמפנס ואחריו ADC. Integrated מודולים שנועדו במיוחד עבור חזית אופטית, כמו FLT:0 (מקסים מקסמן MAX861FLT:1), משלב מגבר נמוך, ADC, LED ונהגים LED בסולק מינימלי, עם סוללה קומפקטית, המאפשרת.

פטיים רפואיים ו- Continuous Glucose Monitor

כתמים רפואיים מותאמים, כגון צגים גלוקוז רציף (CGMs) או ECG כתמים, דורשים רעש נמוך מאוד ורזולוציה גבוהה כדי לזהות אותות ביולוגיים חלשים. Integrated מודולים עם 24bit delta-sigma ADCs ו- מחסנים מגברים מפוסקים זמינים כעת בחבילות קטנות כמו 2x2 מ"מ. אלה משתמשים אלגוריתמים קנייניים כדי לבטל את האלקטרודה וחפצים, לספק אותות אבחון קלינים.

שמיעה והערכה

אוזניות אלחוטיות אמיתיות וסיוע שמיעה נהנים ממודולים משולבים ADC ומגבר שממירים אותות מיקרופון עם עיוות נמוך וכוח מינימלי.המודול יכול גם לנהוג דובר קטן, יצירת נתיב אודיו שלם שבב יחיד.מערכות מתקדמות של רעש משתמשות במיקרופוןים מרובים עם רווחים מרובים עם רווחים תואמים הדוק ומאפיינים שלב, מתאפשר על ידי פתרונות משולבים אשר להפחית התאמות בין ערוצים.

מגמות עתידיות: AI at the Edge and Energy Harvesting

במבט קדימה, ההתכנסות של קדמית אנלוגית משולבת עם מעבדי AI קצה תאפשר לבישים לבצע ניתוח בזמן אמת מבלי לשלוח נתונים גולמיים לענן.זה מקטין רוחב פס וחוסך כוח.לדוגמה, מודול משולב יכול לזהות arrhythmias מסימן ECG באופן מקומי, מה שגורם התראה רק כאשר יש צורך באנרגיה-harvesting טכנולוגיות, כגון thermoelectric או תאים חשמליים, אשר יכול להיות מסוגל ללבוש לא גמישים, אשר לא יכול ללבוש להזדקק לרקמות כוח אדם.

מסקנה

הפיתוח של שילוב ADC ו- amplifier מודולים הוא מאפשר קריטי לגל הבא של מכשירים לבישים.על ידי שילוב פונקציונליות, חיסכון חלל, וצמצום כוח, מודולים אלה מאפשרים למהנדסים ליצור מוצרים אשר הם בו זמנית יותר מסוגלים ונוח יותר. כמו תהליכים מוליכים למחצה וטכנולוגיות אריזה להמשיך להתפתח, אנו יכולים לצפות אפילו רמות גבוהות יותר של אינטגרציה, מה שמביא אותנו קרוב יותר החזון של לא ניתן ללבוש בצורה חלקה חיי היומיום שלנו.

עבור מהנדסים יוצאים עיצוב לביש, הערכת המודולים המשולבים האחרונים של יצרנים מובילים היא צעד ראשון חכם משאבים כגון FLT:0 ניתוח עיצוב אלקטרוני של עיצוב לבישול FLT:1 ואת FLT:2MDPI חיישן כתב העת FLT 3: לספק תובנות מתמשכים בתחום זה במהירות.