הקדמה: האימפולסיבי ל- Efficient FSK Transmitters in Wearables

שוק הטכנולוגיה הלובש חווה צמיחה חומרית, עם מכשירים החל מצופים חכמים ולהקות כושר לתיקונים רפואיים ובגדים חכמים. טכנולוגיה קריטית המאפשרת תקשורת אלחוטית, אשר חייב לפעול תחת מגבלות קיצוניות של גודל, כוח, ועלות. Frequency Shift Keying (FSK) התפתחה כתוכנית מודולציה דומיננטית עבור מכשירים אולטרה-שותפים אלה, כי היא מציעה איזון חיובי של יציבות, ספקטרום, פיתוח יעילות מערכת הפעלה יעילה של מערכת יעילה של תפקוד.

מימון FSK עבור יישומים לבישים

FSK היא טכניקה דיגיטלית מודולציה שבה נתונים בינאריים מיוצגים על ידי מעבר תדירות המוביל בין שני ערכים (או יותר) דיסקרטיים. בצורתו הקטנה ביותר (BFSK), "0" מועבר בתדירות נמוכה יותר ו"1" בתדירות גבוהה יותר.GSMquency Shift Keying (GFSKSK) - גרסה שבה הדופק הבסיסי הוא עם פילטר אנרגיה של Bluetooth (GBOCD) ו-C) הוא נמוך במיוחד (GFK) הוא נמוך יותר) ו-DVicmate Frecatable) הוא 80 (GBOBOBOBOST) אשר משמש כ-DVIC) הוא נמוך יותר (GBOSTICentative Shift Keying Keying Keying Keying GBODV) ו-DVIC) ו-DVIC) (GFSK) - , במיוחד (GFSK) (GFBOBOBOBOSTIC) - , אשר משמש כ-DVIC) אשר משמש כ-DV (GFBOBOSTBOBOBOSTBVICSK) הוא נמוך יותר) אשר משפר את תקן GBV

היתרונות של מכשירי FSK עבור אולטרה-שותפים הם רב-פנים.ראשון, האופי הקבוע של אותות FSK מאפשר שימוש במגברי חשמל לא לינאריים יעילים מאוד (PAs) - בדרך כלל פועל ב Class C, E, או F - אשר להמיר את כוח DC ל-RF עם הפסד מינימלי.

עם זאת, FSK אינו ללא סחרחורת.עבור שיעור נתונים נתון וטלוויזת ערוצים, סטיית התדר הנדרשת קובעת ישירות את דיקור רוחב פס. בלבושים, הצורך לשתף פעולה עם שירותים אלחוטיים אחרים (Wi-Fi, טלפונים ללא חוט, קוויים, תנורי מיקרוגל) כוחות ההזדקנות כדי לבחור מדדים מתקדמים לציית למסכות רגולטוריות תוך השגת יחס מספיק לאות (R), בנוסף לטמפרטורה קריטית (R) או לטמפרטורה (R) של קיבולת).

עיצוב התקנים עבור Ultra-Compact

כוח חיים סוללה וסוללות

מכשירים לבישים מופעלים בדרך כלל על ידי תאי מטבע או סוללות קטנות טעינה עם יכולות החל מ -30 mAh ל-300 תזמון תזמון.העבר שולט לעתים קרובות בתקציב החשמל במהלך תקשורת פעילה.לכן, יעילות הרש"פ ושרשרת השידור הכוללת חייבת להיות אופטימיזציה עבור מגבלות כוח נמוכות טווח (חיובי תשלום) - כיבוי שידור כאשר לא להעביר נתונים באופן פעיל - חיוני, לדוגמה, מכשיר שעשוי להיות רק מחלף עם מוגבלות (FK) במהירות גבוהה) עם מוגבלות (Fol-Fol-Fer) במהירות גבוהה) עם מוגבלות) במהירות גבוהה יותר) ו-Fairing) עם מערכת הפעלה מהירה (Fairlocking) עם מערכת הפעלה מהירה (Fics) במהירות גבוהה יותר) במהירות גבוהה יותר) עם מערכת הפעלה מהירה (Fics) עם מערכת הפעלה מהירה (Fics) עם מערכת הפעלה מהירה (Fairlocking) עם מערכת הפעלה מהירה (Ficlocking) עם מערכת ההפעלה במהירות גבוהה יותר) עם מערכת ההפעלה (Fairing) עם מערכת ההפעלה במהירות גבוהה יותר) עם מערכת הפעלה מהירה.

גודל ואינטגרציה

דרישות ללבוש פסיביות של עדשות דורשות כי כל רכיבי RF מתאימים בתוך לוח מעגלים מודפס קטן מאוד (PCB) אזור, לעתים קרובות פחות מ 10 מ"מ × 10 מ"מ.זה מניע אימוץ של מערכת משולבת מאוד על שבב (SoC) עיצובים המשלבים את האריזות הבסיס הדיגיטלי, FSK מודולטור, oscillator, PA, ולעתים קרובות את הרשת המשולבת על ידי יחיד של העובר כגון רכיבי מתכת מתקדמים (pe-LC) או שבבים) עם שבבים מתקדמים (מתאים) עם שבבים) עם שבבים מתקדמים (מתאים מתקדמים (מתאים מתקדמים) או שבבים) עם שבבים עם שבבים מתקדמים (C) או שבבים עם שבבים) עם שבבים מתקדמים (מתאים מתקדמים (מתאים מתקדמים) או שבבים) או שבבים) או שבבים) עם שבבים) עם שבבים עם שבבים מתקדמים (מתאים מתקדמים (מתאים מתקדמים (מתאים מתקדמים (מתאים מתקדמים (מתאים מתקדמים) או שבבים) עם שבבים) עם שבבים) עם שבבים עם שבבים) או שבבים) עם שבבים) עם שבבים עם שבבים) עם שבבים) או מעבדים מתקדמים (מתאים מתקדמים (מתאים מתקדמים (מ

שיקולים של Antenna

האנטנה היא לעתים קרובות המרכיב הגדול ביותר בקצה הקדמי RF לביש.עבור תדרים ב-2.4 GHz ISM, מונופול רבע גל הוא בערך 30 מ"מ - הרבה יותר מדי זמן עבור רוב סוגי ה-Tatchs. Designers נופש לאנטנות שבב, מודפס באנטנות מונעות-F (IFA), או meandered מבנים המתאימים בתוך גורם המכשיר.

ראשי תיבות של FSK Transmitter

אוספיטורים ותדירות גבוהה Synthesis

הלב של כל משדר FSK הוא מקור התדר.רוב העיצובים המודרניים משתמשים בנתזת מבוסס PLL שיוצרת את תדירות המוביל הרצויה וגם חל על התדירות. שתי גישות נפוצות קיימות: מודולציה VCO ישירה ומודולציה של שתי נקודות.

  • (FLT:0)Direct VCO Modulation:FLT:1 הנתונים של בסיס דיגיטלי מומרים למתח אנלוגי אשר ישירות משנה את מתח בקרת VCO.זה פשוט ונמוך אך סובל מ- VCO (סטיית ⁇ הנגרמת על ידי וריאציות בעומס VCO) ודורשת כיבוד קפדני כדי לפצות על תהליך, מתח, טמפרטורה (PVT) וריאציות של רוחב פס גבוה יותר מ- 2 ק"מ- 2 ליטרים (ב) בדרך כלל מ- 2 ליטרים (החומרים) הוא בדרך כלל גבוה יותר מאשר לחץ רוחב פסים).
  • (FLT:0 Two-point Modulation:FLT:1, אות המודולציה מוזרק הן את קלט VCO ואת קלט מסנן לולאה, ביעילות מרחיב את רוחב הפס מעבר רוחב הפס של PLL. שיטה זו היא חזקה יותר נגד וריאציות PVT ויכולה לתמוך בנתוני גבוה יותר, אבל דורש מעגלים נוספים ו cabration.זה משמש בדרך כלל ב- Bluetooth מתקדם ו- IEEE 802.1ce.

(ב) אפשרויות ה-Uscillator כוללות מיכלי LC, אוקטטורים טבעתיים, ומדמייפי MMS resonators.FLT:0LC VCOssveFLT:1) מציעים ביצועים טובים של רעש שלב טוב, אך דורשים אינטגרטורים משולבים גדולים (עלות אריזת) אך ורק בשלב ה-RMSRing oscillators 3 נמוך יותר ויותר; הם זעירים, והם יכולים לשמש לתדירות גבוהה יותר ויותר לתדירות גבוהה יותר ויותר;

מבנה Modulator

מעבר ל- PLL, המנטר חייב לעצב את הנתונים לתוך אות FSK נקי במיוחד. עבור GFSK, מסנן גאוססיאן נמוך פאס מופעל על הדופק של בסיס לפני מודולציה תדירות. מסנן זה יכול להיות מיושם דיגיטלית במעבד בסיס פס או כמו מסנן מחלף-קוטרנטי במסלול האנלוגי.

שינוי ישיר נגד I/Q Upconversion

אלטרנטיבה למודולציה VCO ישיר היא קוהרנטיות, שבו אותות הבסיס I / Q מעורבים עם אוסטרטור מקומי בשילוב כדי ליצור אות FSK. בעוד גישה זו מציעה טוהר ספקטרלי מעולה וגמישות (זה יכול לתמוך בכל תוכנית מודולציה), זה דורש שני מערבולים, משמרות שלב, ומשלב, גדל אזור למות וצריכת עבור פשוט FSK נשאר צורך בחירה ישירה.

עיצוב משופר

הרשות הפלסטינית היא בלוק הכוח-הungry ביותר במדר.עבור אותות ה-FSK שלמרות קבועות, שיעורים לא לינאריים PA הם אידיאליים.FLT:0 Class EveFLT:1 ו-Fvelope:2Class FLAC ו- 3 PAFLT יכולים להשיג יעילות קבועה של אספקת מחסנים קטנים יותר מ-SPTS, הרבה יותר טוב מ-Creative-A או Amplifiers.

גישות אדריכליות וסחר-offs

Digital-Centric FSK Transmitters

כמו CMOS טכנולוגיה בקנה מידה, אדריכלות דיגיטלית אינטנסיבית הופכת אטרקטיבית.גישה אחת היא להשתמש PLL דיגיטלי כל-ספרתית (ADPLL) שבו VCO מוחל על ידי אוקטטור הנשלט דיגיטלית (DCO) ואת מסנן לולאה הוא לחלוטין דיגיטלי. Modulation מוחל על ידי שינוי ישיר של המילה DCO תדירות שליטה.

אדריכלות מבוססת חתימות עם Fractional-N Synthesis

(הופנה מהדף PLL Ps מאפשר לסנתז כדי ליצור תדרי נושא עם החלטה בסדר (שלבים מקיפים) ללא צורך בתדירות התייחסות נמוכה, אשר תגדיל את רעשי שלב.זה חיוני עבור ריבוי רחבים סטנדרטיים כי חייב לקפוץ על פני 40 או 79 ערוצים ב- Bluetooth Classics (Fululation) יש צורך ישירות לנטרלציית כוח (Fulator) באופן ישיר, כלומר, כלומר, לא ניתן להפעיל את שיטת ה-Factercululation).

אדריכלות היברידית ורב-Mode

כמה מכשירים לבישים צריכים לתמוך בסטנדרטים אלחוטיים מרובים (למשל, BLE + Zigbee + קנייניים 2.4 GHz פרוטוקולים) אדריכלות היברידית המשלבת PLL עם מסנן בסיס גמיש יכול להתאים לשיטות שונות, שיעורי נתונים, ותוכניות ערוץ זה ניתן להשתמש עבור מעצבי GFSK (עבור BLE) ו OQfortation (Zigle) עבור פורמטים פשוטים, אך ורקמות מפרקים אחת, אך דורשות סטנדרטיות של Soter סטנדרטיות עבור עיצובים פשוטים יותר.

אתגרים ופתרונות מתעוררים

שלב רעש ותדירות גבוהה

בסביבה לבישה, שינויי טמפרטורה (חום גוף, וריאציות מתפתל) לגרום לתדירות ה- VCO לסחף.שלב רעש מהאוסלטור ו- PLL משחיתים את ספקטרום המודולציה ומפחיתים את יכולת המקלט לאפליה בין סמלים בתדרים.כדי להקל על בעיות אלה, מעצבים משתמשים בגלימות תדר אוטומטיים (AFC) המדידה את השגיאה במהלך קבלת הפנים או את ה-Coreativepertreative, אם כי ניתן גם לבצע טיפול מוקדם יותר להזין את התדירות של זיכרון מוקדם יותר, או לשנות את התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של התדירות של ה- VCC.

שינוי תהליכים ופיצול

CMOS ייצור וריאציות לגרום להתפשט משמעותי בתדירות המוחלטת וסטיית המודולציה של משדר FSK. ללא trimming, עיצוב עשוי לייצר סטייה תדירות כי הוא 20% מההמטרה, מפר את מסכת המודולציה ולגרום לבעיות בינאופרטיביות.טריינג בזמן הבדיקה (באמצעות פתיאות או זיכרון חד פעמי) הוא סטנדרטי, אך מוסיף כמה ארכיטקטורות על שימוש בתקופות של סינון דיגיטלי (Cypic) באמצעות רכיבי רקע אטרקטיביים).

אספקת רגישות ורעש

מכשירים לבישים פועלים לעתים קרובות ממתח סוללה שיכול להשתנות מ-1.8 V עד 0.9 V (עבור תא Li-ion כמעט מרוקן) , משדר FSK חייב לשמור על תדירות יציבה וכוח בטווח זה.ל-דרופטורים (LDOs) יכול לספק אספקה נקייה, אבל הם צורכים זרם קבוע של אספקת VDC-DDC-R.

אינטגרציה ואתגרי בדיקה

בדיקות ברמת Wafer של ביצועי RF משדרות הן קשות בשל הצורך בבדיקות גבוהות ופוטנציאל של צחצובות עם מעגלים דיגיטליים על שבבים דיגיטליים.Build-in-in-in-test מעגלים המדורגים כוח, סטיית תדירות, ורמות מעוררות אומץ כדי להפחית את עלויות הבדיקה. אלה בלוקים BIST בדרך כלל מורכבים מתערובת מופחתת, מהפך בתדר לגלודתי, ונפטרים על כל גלאי.

כיוונים עתידיים

(ב) במבט קדימה, כמה כיוונים מחקריים מבטיחים לקדם ארכיטקטורות FSK עבור משקפי אולטרה-שותף (pLT:0MEMS-based Frement FSKLT:1 צפויים להחליף גבישים של קווארץ, המציעים טביעת רגל קטנה יותר וחסינות רטט טובה יותר תוך שמירה על יציבות הטמפרטורה של 10GHz:2Kercatter FSLTFLT3, שבו ניתן לגרור עיגולים של כוח מגנטיים מתקדמים ולהפחית את ה-FERVSERIFERIFERIFERIFERIFERSERSER.

(העיצובים) נכנסים לתחום זה צריכים להתייעץ עם מקורות סמכותיים להדרכה מעמיקה.הכתובת של טקסס (FLT:0)"Low-Power FSK Transmitter Design) מספק תובנות מעשיות ליישום מעגלי.עבור ניתוח רעש מתקדם וטכניקות סינתזה ספציפיות, IEEE FLTK:2"A-GHz meava-LL עם Ultra-Lowpers for Advanced PhaseSof-Fable Settings) דרישות מערכת ההפעלה האלקטרונית: