Esnek ve Conformal Active Filtrelere Giriş

Giysili elektronik ve gömülü sistemlerin çoğalması, uzatılabilir ve performanstan ödün vermeden planlanmamış yüzeylere uygun olarak, seramik veya standart FR-4 substratlar üzerinde inşa edilmiş - temel olarak bu gereksinimlere uyum sağlamak için mekanik sertlik limitleri akıllı kıyafetler, tıbbi yamalar ve eğrileyici aktif filtreler, sinyal işleme ve frekans seçimi doğrudan gerekli olan, dinamik ortamlarla birlikte yapılır.

Esnek aktif filtrelerin temel avantajı, ince, pliable substratlar üzerinde kaplamalı, sıvı kristal polimer veya termoplastik poliurethane gibi, katı elektronikler ile daha önce imkansız olan yeni form faktörlerini ortaya koyarken, mühendisler bu yüzeyleri sarmalı konutlar, uygulama alanları ve hızla gelişen alanları tanımlayan yeni form faktörlerini oluşturabilirler.

Esnek Aktif Filtreler için Anahtar Malzeme Yeniliği

Uygun aktif bir filtrenin performansı, iletken izlerinin, dielektrik tabakalarının ve aktif bileşenlerinin kullanıldığı malzemelere eleştirel bir şekilde bağlıdır. Son araştırmalar standart bakır-on-poliimide'nin genişletilebilir iletkenleri, yüksek-dielektrik-konstant elastomerleri ve çözüm-işlevsel yarı iletkenleri içerecek şekilde itti.

değiştirilebilir Davranışçılar

Geleneksel metalik interconnects hızla tükeniyor çünkü çatlaklar hızla yayılıyor.Bu sayede mühendisler birkaç dayanılmaz iletken yaklaşım geliştirdiler:

  • [FONT=0)Liquid metal alaşımları [Dönetici:0)[Dönetici:0))) · 200'den fazla süre içinde iletkenler olarak kalır.
  • [FONT=0]Wavy veya yılan metal izlerini [Dönetici:0) bakır veya altıntan yapılmış, ön lisans elastomer substratlarına bağlı olarak. substratlar rahatlandığında, büyük bir uyum aralığı sağlar.
  • [FONT:0]Nanocomposites[[DÜT:1), bir kauçuk matrixte gömülü gümüş nanotel veya karbonatların yer aldığı gümüş nanoteller veya karbonatlar. Percolating network maintain connection under connections while offer highometer.

Bu iletkenler filtre indüktörler ve iletim hatları için gerekli olan düşük büyüklükteki bağlantıları oluşturur. stabil direnci% 50 veya daha fazla çekme işlemi doğrudan kesme frekansı ve kalite faktörü gibi tutarlı filtre özelliklerine dönüştürür.

Esnek Dielektrikler ve Altstrates

Açıklanmış filtre elemanları için (örneğin, mikrostrip hatları veya dijitalleştirilmiş kapasitörler), düşük parlaklık, mekanik olarak esnek dielektrik önemlidir. Polyimide kasetleri (Kapton) mükemmel termal stabilite sunar, ancak sınırlı kullanılabilirlik için:

  • [FONT:0)Liquid kristal polimer (LCP)) - düşük nem absorpsiyonu, stabil dielektrik sabiti (~3.0) ve iyi esneklik.
  • [FONT:0]Thermoplastik poliurethane (TPU)[Dönetici:0)[TPU)[% 200'e kadar genişletilebilir, ancak daha yüksek dielektrik kaybı ile; daha düşük frekanslı aktif filtreler için uygun.
  • [FONT:0]Silicon bazlı elastomerler (PDMS)[Dönetici ve biyomedikal cihazlarda yaygın olarak kullanılanlar; dielektrik sabitini yükseltmek için baryum titanate partikülleri ile yüklenebilir.

Bir eğimli iletkenin kombinasyonu ve uyumlu bir dielektrik substratı, bir bileğin etrafında sarmalı, bir ayakkabıya entegre edilebilir veya küçük devreler olmadan bir kask hattında gömülür. vaat eden son bir çalışma, 0,5 dB eklenme kaybı varyasyonu ile daha az tutulan bir sprey substratı üzerinde bir gecikme filtresi göstermiştir (radius 5 mm).

Aktif Bileşenler için Nanomalzemeler

Aktif filtreler, kazanılabilir veya geri bildirimde bulunmak için transistör veya operasyonel yükselteçler gerektirir. Geleneksel silikon cipsi serttir, ancak yeni yaklaşımlar 10-20 μm'ye incelenmelerine ve esnek paketlere ek olarak, [[Döneticileri (TFTs)[Döneticileri) bağlı olarak, araştırmacılar Tamamlayıcılar (ZnO) veya indium optik komplikeli (IGZO) doğrudan esnek arka planlarda basılır.

Esnek Aktif Filtreler için Devre Topolojileri

Esnek substratlar üzerinde aktif filtre tasarımı, bu etkileri azaltmak için bileşen değerleri dikkate almalıdır. Capacitors dielektrik kalınlığı değişiklikleri nedeniyle değişebilir; indüktörler kendi kendini etkileyen frekansı değiştirebilirler. Yenilikçi topolojiler bu etkileri azaltır:

Adaptif ve Tunable Filtre Mimarileri

Basit kesme frekanslarını ve bant şeklini korumak için, modern esnek aktif filtreler işe yarar.[Döneticileri , varıcılar (sürücüklenebilir kapasitörler) veya dijital kontrollü bir şekilde kontrol edilebilir bankalar. Yaygın bir yaklaşım, eğimli bir şekilde azaltılabilir, sabit bir şekilde - 3 boyutlu filtreyi korumak için, aynı zamanda yüksek çözünürlükte 10 cm.

S Geliştirilmişlık için rakipleri

Esnek indüktörler genellikle düşük kaliteli faktörlerden muzdariptir (Q) çünkü ince metal tabakalar ve kayıp substratlar için Q'yi artırmakta, bu kaybın gerilime kavuşturularak, ancak mütevazı batarya kapasiteleriyle birçok aşınmaya karşı hassas uygulamalar için, ticaret-dönüşümsüz filtrelerde kullanılır.

Tam olarak Diferansiyel ve Dengeli Tasarımlar

Giysilenebilir sistemler, insan vücudundan ve çevre kaynaklarından elektromanyetik müdahaleye eğilimlidir. Tam olarak diferansiyel ikikümlü veya dengeli ikizT notch gibi - şimdi esnek bir substrat için düzenli olarak aktif filtreler, bu devreler yüksek CMRR (komprem redüksiyon oranını) hareket eden yüksek devreler için bile, diferansiyel çiftlerin solgun bükmeye maruz kalır.

Giysilenebilir sistemlerde uygulamalar

Esnek ve uygun aktif filtreler, giyilebilir sağlık monitörlerinde, akıllı tekstillerde ve artırılmış gerçeklik cihazlarında acil bir şekilde fayda buldular. Sensör pozisyonunda doğrudan kablo uzunluğu ve sistemi sağlamlığı azaltır.

Sağlık İzleme Patches

Sürekli glukoz monitörleri, ECG yamaları ve pul oximeters, hareket eserlerinin varlığında fizyolojik sinyalleri çıkarmak için düşük doz filtrelemeye güveniyor. Tipik bir ECG yama, 2BGA veya çipli paketlerle ikinci sıralı filtre kullanıyor ve tüm kağıtlar CMR'nin aktif bileşenlerinin (genellikle ultra yüksek çözünürlükte) üzerindeki esnek bir şekilde izlenmesinden sonra silikonun tüm ürün sürümlerini gösteren CMR'nin üzerinde yapılan son derece yüksek çözünürlükte 100 kilometrelik bir şekilde genişletilebilir.

Akıllı Tekstiller ve E-Textiles

Elektronikleri doğrudan kumaşa entegre etmek aşırı mekanik talepleri sunar. Akıllı kıyafetler için aktif filtreler hem interconnect, hem de indüktör rüzgarları için 50%'ye kadar sürmeli.En son çalışma, araştırma grupları tarafından 03:0)Kuzey Carolina State Üniversitesi) entegre bir EMG serisinden sonra tamamen aktif bir filtreye dikildi. 20 yıkamak için iki bağlantı ve filtreyi daha az filtreye kadar kaydırdı.

Artırılmış ve Sanal Gerçeklik Başları

AR/VR kulaklıklar, ses, haptik ve sensör veri işleme için kompakt, hafif filtreler gerektirir. Esnek aktif filtreler doğrudan kafa bandında veya kulak bardaklarında monte edilebilir, örneğin, uygun bir bant-tavap filtresi, bir sıvı kristal polimer substratı üzerine inşa edilmiş bir filtre, göz ardı edilebilir sensörler tarafından alınan, sanal nesne istikrarı düzeltebilir.

Gömülü Sistemlerde Uygulamaları

Giysilenebilir, esnek ve uyumlu aktif filtreler uzayın kısıtlandığı ve titreşim direncinin önemli olduğu gömülü sistemlerde giderek daha fazla kullanılır.

Havacılık ve Uzaysız Aerial Tools (UAVs)

Drones ve uydu sistemleri, hızlanmış ve baskı transdüserleri ile bağlantılı olan hafif, ince film filtrelerinden faydalanır, çünkü bu filtreler, kontenjanlar veya paneller için ayrılmış montaj tahtaları, ücretsiz olarak yükleyici filtreler için esnek olarak kullanılabilir. NASA, poliimide substratlar için filtreler için ön koşullara dayalı olarak esnektir.

Otomotiv Elektronik Elektronik

Modern araçlar motor yönetimi, şasi kontrolü ve sürücü yardımı için düzinelerce sensör içerir. Bu sensörlerin çoğu titreşime, sıcaklık salaklarına ve sıkı bükme radii'ye tabidir - örneğin, Analog cihazlardan gelen tekerlek hız sensörleri veya içişleri gibi, aktif filtreler doğrudan sensör modüllerine entegre edilebilir, bu tür bir camlı flexin çıktısını sağlamak için, örneğin, aFLT:0XT:0X12'ye kadar tasarruf sağlar.

Nesnelerin İnterneti (IoT) Edge Nodes

IoT kenar cihazları genellikle sınırsız yerlerde çalışmalıdır - beton sütunları, fabrika robotları veya ambalajlarda. esnek bir aktif filtre, hiçbirinin pil veya anteni etrafında sarmalanabilir, tasarruf alanı. Filtrenin aktif ayarlı ayarı, sürekli bir merkezi frekansı aşırı ısı ve su varyasyonlarına rağmen ayarlamak için, endüstriyel sensörler için ideal hale getirir.

Durability ve Manufacturing Challenges in Durability and Manufacturing

Önemli ilerlemeye rağmen, esnek aktif filtrelerden önce birkaç engel katı katı meslektaşları kadar iğrenç hale gelir.

Mekanik Fatigue ve Reliability

Tekrarlanan bükme, germe ve torsional yükleme, metal izlerinin kırılmasına neden olabilir, polimer substratları to delaminate'ye yatkındır ve sıvı metal iletkenleri kırılabilirken, pahalıya ve kalınlığına ek olarak, aktif bileşenlere ihtiyaç duyar - özellikle de ince film transistörleri mekanik stres altında geçişlere eğilimlidir. - Uzun vadeli güvenilirlik testi hala sparse, çoğu çalışma raporlama ile sadece birkaç bin döngüyü raporlamalıdır.

Filtre Özelliklerinin İncelenmesi ve Stabilitesi

Esnek filtreler seramik tabanlı bileşenlerin sıcaklık istikrarını karşılayamaz.Elastomerlerin sürekliliği nem ve sıcaklık ile değişir, filtrenin kesilmesine neden olur. Aktif tazminat devreleri yardımcı olur, ancak güç tüketimi ve karmaşıklığı artırmak. ek olarak, baskılı parçaların toleransları şu anda yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte bulunan filtreler için daha düşük hale gelir (örneğin, <1% bant genişliği ile filtre).

Scalable Manufacturing Processes

Çoğu esnek aktif filtre hala laboratuvar ölçekli yöntemleri kullanarak imal edilir: spin-coating, fotolithography on esnek destek veya incelenmiş cipsler için manuel montaj. Yüksek hacimli üretime taşınmak için gerekli bir baskı - bir yerde sert bir çip, esnek bir adada gömülüdür - Apple Watch gibi ürünlerde kullanılan bir uzlaşma.

Future Yol Tarifi

Önümüzdeki birkaç heyecan verici araştırma, esnek aktif filtreler ana elektroniklere getirme konusunda söz verir.

Kendini Yeniden yapılandırır ve Yeniden yapılandırılabilir Malzemeler

Araştırmacılar, monomer ve katalizörlerin sonomerik substratlara mikrokapılar gömüyorlar. Bir çatlak formlar, kapsüller kırıldığında, monomerileri serbest bırakmak ve iletkenleri geri yüklemek.Böyle bir öz-healing iletkenleri düşük frekanslı devreler için gösterildi; kullanımlarını yüksek frekanslı aktif filtrelere genişletmek, aynı şekilde yapılandırılabilir aktif filtreler, memristokratları veya faz değiştirme malzemeleri kullanarak transfer işlevlerini gerçek zamanlı olarak değiştirebilirler.

AIOptimized Tuning ve Kalibrasyon

Makine öğrenme algoritmaları, cevabının değişkenine göre sabitlenmesi için filtrenin frekansının değiştiğini tahmin etmek için kullanılabilir.(Döneticileri aynı esnek substratta entegre edilmiş bir sinir ağını 500 bükücü bir filtreden elde ederek, aktif filtrenin ayarlanabilir yüksek sapmasını %12 altında tutmasını sağlayabilir. erken çalışma:0).

3D Komple Active Filtre Sistemlerinin Baskısı

Katkı üretimi hızlı prototipleme ve özelleştirme için bir yol sunar. Multinozzle 3D baskı, iletken izlerini, dielektrik tabakalarını ve hatta küçük hacimli bir koşu için özel olarak esnek filtrelerin üretimini demokratikleştirmek için hala mümkün değildir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Esnek ve uygun aktif filtre tasarımları, elektroniklerin günlük çevremize nasıl entegre edildiği konusunda bir paradigma değişikliği temsil eder. Sıvı metal iletkenler, dayanıklı dielektrikler ve ince film transistörleri, mühendisler, elektrik performansına yön veren filtreler oluşturabilir ve daha rahat sağlık monitörleri, daha dayanıklı akıllı tekstiller ve daha güvenli bir şekilde, daha güvenli bir şekilde binadaki tümel uygulamalarla ilgili birçok konuyu genişletecektir.