Nesnelerin İnterneti (IoT) ekosistemi, bu sistemlerin yapı taşları ile bağlantılı milyarlarca cihazla, tarımdaki çevresel sensörlerden, uygulanabilir sağlık monitörleri ve akıllı ev kontrolörleri giymeleri için, her cihaz, küçük bir batarya veya hasat edilen enerji üzerinde çalışır, güç verimliliği sağlamak için en kritik tasarım kısıtlamaları yaratır.Bu makale, ultra güçlendiricileri tasarlamak için en büyük ölçüde talep eden güçlendiricileri kullanarak, daha küçük bir alan parametrelerini ve stabilitelerini sağlamak zorundadır.

IoT Enerji Bütçelerindeki Geri Bildirim Ampilitelerinin Eleştirel Rolü

Bir IoT sensöründe hayır, analog ön son koşullar, analog-enerji dönüştürücüye ulaşmadan önce ham transdüser sinyalini alır (ADC geri bildirim yükselticileri sürekli olarak önyargılı olarak hizmet eder, bu zincirdeki sistem uykuları genellikle analog alt sistemlerde baskın yapar, çünkü iç yüklere ulaşır ve lineerliği aşırı yüklemeli, her dakika boyunca bir sıcaklık sensörü okuması düşük güçlendiricisi sürekli olarak önyargılı kalabilir.

Ultra-Low Power Feedback Amplifiers için temel tasarım stratejileri

Alt Bölge Operasyonları

Güç azaltmanın en güçlü tekniklerinden biri, alttaki girdi transistörlerine (weak invers) bölgeye ulaşmaktır.Bu rejimde mevcut verimlilik ölçümlerinin üst düzeylerinde (Dönetici) oldukça yüksek oranda kısıtlanması gerekir.[D[DDDDDDD)[Düzücükler (Döneticileri)[Döneticileri kontrol etmek için yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte (D)

Low-Threshold Transistor Selection

Standart eşkü, 0,5-0.7 V'nin CMOS süreçlerinde optimize edilmesi, daha yüksek tedarik gerilimlerini veya daha büyük önyargı akımlarını istenen bir üst düzeye çıkarma olanağına sahip olması için zorlayabilir. Low-V)) transistör seçenekleri, birçok modern süreçte mevcut olan gerilimleri azaltılabilir.Bu, sadece yüksek çözünürlükte kullanılan yüksek çözünürlükte kullanım süresine uygun olarak yüksek çözünürlükte kullanım sağlar.

Gelişmiş Biasing Teknikleri

Klasik önyargılı sistemler sabit yük devretme noktası gibi sabit bir güç, yükselteçli bir şekilde sabitlendiğinde, ancak bir sinyal etkinliğine göre, kutuplu bir şekilde devre dışı bırakılabilir.Örneğin, yükselteçmiş algılayıcılar geçişini tetikleyebilir.Bir başka yaklaşım daha düşük seviyeli bir şekilde kullanılabilir.[Döneticileri değiştirmiş durumda).

Yüksek İmpedans Ağları

Geri bildirimciler ve geleneksel olmayan yükselticiler, yüksek sayfa direnişine veya mevcut olmayan büyük direnişlere bir DC yük sunmak için megaohm aralığında olmalıdır.Bu nedenle, şarjlı bir yükselticinin gücü de vardır: daha küçük kapasitörler, mevcut bir artış için yüksek bant direncine karşı daha yüksek hassasiyetlere ve parasitik kapasiteye karşı dirençli devrelere karşı direnç sağlar.

Güç Verimliliği için Gelişmiş Devre Topolojileri

Üç-Stage Topologys karşı iki-Stage

Düşük güç tasarımları için, gerekli kazanç 80 dB, üç aşamalı bir nested Miller tazminatı veya bir NMC (ne Miller tazminatı) en az yüksek çözünürlükte elde edilenden daha az sayıdaki dışlanma süresine sahip olması gerekir.

Mevcut-Reuse and İndüktif Amplifiers

Mevcut bir üstoloji, aynı önyargının hem NMOS hem de PMOS sinyal yollarıyla kullanılmasını sağlar. Klasik [[Dönergesel dönüştürücüler), mevcut kaynağı ortadan kaldırır ve yüksek gerilimler için mükemmel bir verimlilik sağlar ve sadece birkaç nanoamp ile elde edilir.

Dinamik Element Eşleşme ve Kollama

Ultra-düşük güç yükselteçleri genellikle yüksek dengeleme gerilimi ve 1 /f gürültüden muzdariptir, çünkü giriş transistörleri zayıf inversiyonel ve filtreli sistemlerde bile sabit olmayan bu hataları azaltabilir.Dörtücükler, yüksek bir yükleyici yükselteçli kuvvetle sabit bir şekilde sabitlenebilir ve yükleyicileri azaltırlar.

Teknoloji ve Süreçler

CMOS Node Selection

Daha küçük CMOS düğümlerine (örneğin, 65 nm veya 45 nm) daha hızlı geçişler ve birim genişliğine daha düşük kapı kapasitesi sağlar, bu da kısa sürede dijital kontrol devrelerinin dinamik gücünü azaltır. ancak, analog performans aşırı derecede düşük gecikmeli düğümler için, 180 nm veya 130 nm gibi eski düğümler için genellikle yüksek bir işlem için daha iyi bir işlem sağlar.

Pasif piyon Leakage ve Layoutout

Nanoamp önyargı seviyelerinde, pasif bileşenlerin sızıntı akımı - özellikle geri bildirim direniciler - yükselticinin kendi mevcut yoğunluklarını önemli ölçüde azaltırlar. Poly ⁇ yüksek plakalı direnç (1 khong/sq veya daha fazlası) tercih edilir, ancak aynı zamanda gerilime bağlı olmayan yüzey sızıntı ve sıcaklık sürüklenme yollarına da sahiptir. Metal-insüratör-metal (MIM) kapasitörler düşük sızıntı ve yüksek yoğunluk sunarlar, ancak alt plaka parasitik kapasitanslar, çıkış aşamasına yüklenebilir.

Sistem-Level Power Management Entegrasyon

Uyku Moduları ve Uyanık Devreleri

Geri bildirim yükselticisi genellikle tüm cihaz işletim döneminde güçlenecek ve stabil kalmalıdır, hatta sensör okunmuyorsa bile. Basit bir güç indirme transistörlüğü, amplifikatörü sadece titreşimde uyandıran bir hıza sahiptir, ancak uyandırma süresi birkaç nanoampüdün varması ve önyargıya bağlıdır.

Güç Gating ve Gereking

Sistem düzeyinde güç, yalnızca yükselteç değil, aynı zamanda tedarik düzenleyicisi de sadece bir sızıntı mevcut yol bırakarak, gerilimin kaynağı ile güç dörtlülüğü azaltır, böylece minimum olasılık (tipik) ölçeklendirme işlemine izin verir (Dynamik gerilim ölçeklendirmesi) gerçek zamanlı olarak yükseltilebilir. Düşük güç geri yükleme yükselticileri için tasarlanmıştır: Düşük hareketlilik süresi boyunca, tedarik süresine doğrudan tek bir lityum hücresine veya süper kapasiteye izin verebilir.

Low-Power ADCs ve Sensörlerle Co-Design

Geri bildirim yükselticisi izolasyonda çalışmaz. Onun kazancı ve bant genişliği, eğimin çıktısını ve ADC'nin giriş kapasitesi ile eşleştirmelidir. Örneğin, kapasitive MEMS accelerometre yüksek giriş engeli ve düşük gecikmeli bir zeminle bir yükseltilebilir, tasarruf gücü ile birçok modern IoT SoCssifikasyonun aynı zamanda bir başarı elde etmesi için gerekli olan bazı düzeltmeleri optimize eder (Görüntüleme oranı ve kararlarını düzeltmesi)

Pratik Tasarım Örneği: Bir Giyim edilebilir PPG Sensör için Ultra-Low Power Amplifier

Bir lensin şarj cihazının, 10 MULLI'nin bir numaralı cihazda yer alan bir görüntüyü kullanarak, 1 V'ye kadar yüksek çözünürlükte bir bağlantı noktası olması gerekir.A.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.S.

Ölçme ve Geçerli Güç Tüketimi

Bir geri bildirim yükselticisinin statik ve dinamik gücünü basit bir şekilde ortaya koyar, ancak gerçek dünya ölçümleri, simülasyon modellerinin kaçırılabileceği parasitics ve sızıntı yolları ortaya koyar. nanoamp-tavılı akımları ölçtüğünde, hassas bir kaynak-öldürme ünitesi (SMU) veya bir resimoamometre gereklidir ve test odası çevresel müdahaleden korunmalıdır.The input-rehid gürültünün bu alttaki mevcut iki katına çıkması gerekir.

Mevcut güç ve performans hedefleri için, tasarımcılara doğrudan yükselteçli enerji toplamasını sağlamak için verilen gerilimleri azaltmak için, makine öğrenimi otomatik olarak transistör boyutlarına uygulanır[Döneticileri ve performans hedefleri için), tasarımcılara Pareto-optimal cephesini dramatik bir şekilde azaltmaları için söz verir.

16.Şu anki için, bu makalede belirtilen pratik stratejiler - yan yanaştırıcı, düşük seviyeli bir sistem)[Döneticileri, algılama, yüksek yardımseverlik, yüksek kaliteli geri dönüşümler, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte bulunan tümleşik devreler için, yüksek çözünürlükte bulunan akıllı devreler için, yüksek çözünürlükte bulunan akıllı devreler için doğrulanmış olan yüksek çözünürlükte, doğrulanmış bir şekilde incelenebilir.