Küçük için büyüyen talep, Smarter Wearables

Giyim edilebilir teknoloji, kişisel sağlık izlemenin temel taşı haline gelmek için basit bir adımın ötesine geçti, fitness izleme ve hatta erken tıbbi müdahale. Müşteriler Bluetooth, Wi-Fi, GPS ve hücresel bağlantılar için daha fazla özellik beklemeli cihazlardan daha fazla yararlanarak, bu yükseltilebilirliklerin en kritik bileşenleri arasında, bu efekt sistemlerinin her köşesini veya diğer cihazlara iletmeleri için daha küçük bir araya getirmeleri ve daha güvenli hale getiriyor.

RF yükselteçlerinin minitizasyonu sadece mevcut tasarımları ölçeklendirmek için bir egzersiz değildir. Kazanımlar, gürültü rakamları, lineerlik ve güç tüketimi arasındaki temel ticari bağlantıları yeniden düşünmek gerekir. Küçük yükselteçler, ısı ve süreç varyasyonları üzerinde tutarlı performans sağlamak ve antenler, filtreler ve mikro kontroller gibi diğer minimize bileşenlerle entegre etmek gerekir.

RF Amplifiers in Wearable devices

Miniaturized RF yükselteçlerinin neden önemli olduğunu anlamak için, RF amplifikatörünün tipik bir aşınmada ne yaptığını incelemeye yardımcı olur. Her kablosuz bağlantı bir verici ve bir alıcıdan oluşur.In thetrans side, powerifier (PA) modated sinyali, amaçlanan bir dizi üzerinde güvenilir bir şekilde iletmez; düşük çözünürlükte düşük çözünürlükte (LNA) mümkün olduğunca küçük sinyal alırken anten tarafından alınan küçük sinyalleri düzeltir.

Akıllı bir gözlemde, örneğin, PA, bir odadaki bir Bluetooth bağlantısının veya bir cep aracılığıyla tutulması için yeterli çıktı gücü teslim etmelidir, LNA, GPS uydusu veya bir Wi-Fi yönlendiricisinden sinyalleri tespit etmeli ve 5G milimetre boyunca kullanılanlar gibi, sadece küçük bir bataryadan birkaç miliamp elde etmeli ve bir pakete uygun olarak pirinçten daha büyük olabilecektir.

Neden Boyut Maddeleri: Giysilenebilir Tasarımların Kıtılması

Giysilenebilir cihazlar temel olarak akıllı telefonlar veya dizüstü bilgisayarlardan farklıdır. Onlar, bir batarya, bir ekran, mikro kontroller, hafıza ve kablosuz alt sistem arasında yıpranacak kadar rahat olmalıdır.Bu yerler elektronik için mevcut olan hacimde ciddi sınırlar. Bir fitness pisti sadece birkaç santimetrelik bir iç hacmine sahip olabilir, sensörler arasında paylaşılan, bir batarya, bir ekran, bir mikro kontrol cihazı, hafıza ve kablosuz alt sistem.

Fiziksel boyutta, güç bütçesi genellikle en kısıtlanmış kaynaktır. Bir aşınma sadece 100 mAh kadar küçük bir batarya üzerinde çalıştırılabilir ve RF amplifikatörü mevcut en büyük tüketicilerinden biri olabilir. GPS düzeltme veya Bluetooth iletimi sırasında 50 mA'yı birleştiren kötü bir yükselteçli yükseltilebilir.Bu nedenle, miniaturizasyon sadece ayak izi azaltmakla ilgili değildir - daha küçük bir alanda daha yüksek verimlilik elde etmek üzeredir.

Termal yönetim başka bir meydan okumadır. Yüksek güç yükselteçleri ısı yaratır ve sıkı bir şekilde mühürlenebilir, bu ısı iç sıcaklıklar, yüksek çözünürlükte pil yaşam ve sensör doğruluğu olmadan yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte. Gelişmiş termal yol yolları ile tasarlanmış yükselteçler (örneğin bakır sütunlar veya yeraltı suyu gibi) daha etkili bir şekilde ısıtılabilir, aşırı ısıyı aşırı ısıtabilir.

Teknolojik Dağcılık Miniaturizasyon

Gallium Nide (GaN) ve Silikon-Almanyum (SiGe) Teknolojik Teknolojiler

En önemli maddi ilerlemeler, yüksek sıcaklıklara sahipken Gallium nitride (GaN) ve Silikon-Almanca (SiGe) GaN, yüksek elektron hareketliliğini sunar ve daha geniş bir bantgap geleneksel silikondan daha fazla, daha yüksek frekanslarda ve gerilimler üretir, ancak son işlemde 1.5  olarak paketler üretebilir; ×  x-sbsp; x-sbsp, tümleşik enerji yükselteçleri genellikle birkaç kare milimetreden daha yüksek çözünürlükte çalışır.

SiGe, diğer yandan, Alman sanayisini temel bölgeye tanıtan değişikliklerle standart bir silikon platformu üzerinde kumaşlanır. Bu, SiGe tabanlı yükselteçlere göre yüksek frekanslı performans sağlar - 5 GHz'yi aşan değerlere sahiptir - geleneksel metal-semiktörlükteki maliyet avantajları ve entegrasyon yeteneklerini korurken, ayrı çiplerin sayısını azaltır.

Gelişmiş CMOS ve BiCMOS Süreçleri

Standart CMOS tarihsel olarak RF performansı ile mücadele etti, ancak gelişmiş düğümler (28 nm ve aşağıda) bunu değiştirdi.Bu boyutlarda, transit frekanslar 200 GHz'yi aşabilir ve dikkatli bir düzen teknikleri, LNA'ları ve PA'ları rakip olan PA'ları ve CMOS'un avantajı, RF'yi bir paketle bir araya getirme yeteneğidir; × 4 mm, özellikle Texas Instruments ve Qualcomm gibi şirketler, bir güç yükselticisini entegre eden RF ön uç modüller üretebilirler ve LNA'yı, ve filtreyi 3'ü küçük bir pakette birleştirir; × 

CMOS ile bipolar transistörleri birleştiren BiCMOS süreçleri daha fazla esneklik sağlar. Bipolar cihazlar üst frekanslarda üstün lineerlik sağlar ve yüksek frekanslarda kazanırken, CMOS kontrol mantığı ve temel bant işlemeyi yönetir.Bu hibrit yaklaşım, tasarımcıların RF bölümünü iyileştirmeden azaltmasını sağlar.

On-Chip ve In-Package Entegrasyonu

Bir başka büyük eğilim, yüksek entegre RF modüllerine doğru hareket ediyor. ayrı yükseltici, filtre ve bir PA'nun üst kısmında yer alan çipleri kapatıyor veya bir laminat substratı altında tutuyor.Fort, Avago (şimdi Broadcom) aksi takdirde performans gösteren parasitik kayıpları azaltır.

Benzer şekilde, fan-out wafer-siteli paketleme (FOWLP) ve sistem-in-package (SiP) gibi gelişmiş paketleme teknikleri, çoklu fonksiyonel bloklar (PA, LNA, anten arayüz, güç yönetimi) her tarafta birkaç milimetreye kadar önlemler alınması için.

Tasarım Challenges ve Çözümleri Miniature RF Amplifiers

Daha iyi malzemeler ve ambalajlar ile bile, RF amplifikatör temel mühendislik engelleri sunar. En ısrarlı biri düşük tedarik gerilimlerinde yüksek verimlilik ve lineerliği korumaktır.Kullanabilir piller genellikle 7 V veya daha az ve deşarjları, gerilimin altında 5 V mücadelesinde de çalışan 3 V. Geleneksel yükseltgenç topolojileri azaltılabilir. Tasarımcılar takip (özellikle sinyal zarfını ayarlamak için tedarik gerilimi ayarlamak için) ve yük optimizasyonun 3 V demiryolundan daha fazla performans çıkarmak için optimizasyonun arttırılması gibi teknikler benimsemiştir.

Bir başka meydan okuma parasitik elementleri yönetiyor. Boyutlar küçülüyor, parasitik kapasitanslar ve interconnectslerin indükleri, bağ telleri ve satılan bumps, devrenin toplam şarj edicilerinin daha büyük bir kısmını oluşturuyor. Bu parasitics resonant frekansları, kazançları azaltabiliyor ve istikrar sorunları yaratıyor. Modern simülasyon araçları (örneğin elektromanyetik alan çözücüler gibi) bu etkileri tasarım döngüsünde erken modellemek için kullanılıyor.

Geniş bant operasyonu da minyatür paketlerde daha zordur. Tüm bu grupları birden çok melodili eşleştirme ağlarını desteklemeli - 2.4 GHz ISM bandında, 1.5 GHz'de, 10'da Wi-Fi ve 5 GHz'de, bazen hücresel LTE veya 5G bandları ekleyebilinir. Tüm bu grupları birden çok melodili eşleştirme ağlarını kapsayabilir, ayarlanmış yükseltici topolojiler, ayarlanmış ayarlı ayarlı yükselticiler ve çipleri kullanarak bantlı eşleştirme ağları etkili olsa da, karmaşıklıkları en son derece basit şekilde genişletebilirler.

Uygulamalar Across the Wearable Spectrum

Sağlık ve Tıbbi İzleme

Sürekli sağlık izleme, akıllı teknoloji için en umut verici uygulamalardan biridir. Kalp oranını takip eden cihazlar, kan oksijeni saturasyon, kan şekeri seviyeleri veya hatta elektrokariogramlar (ECGs) bir akıllı telefon veya bulut sunucusuna göndermek için kablosuz iletileri güvenilir olmalıdır. Örneğin, bir bağlantıdaki RF amplifatörü her birkaç dakikayı Bluetooth Enerjisi üzerinden kaçırabilir; yüksek hassasiyetle yükseltilebilir (düşük gürültü rakam) daha düşük bir bağlantıda bile iyi sinyal iletileri implante veya cilt temasa geçirebilmelerini sağlar. Örneğin, bir telkinlik sürekli bir monitörde sürekli bir monitörleme süresiz bir şekilde sabitlenebilir.

Hastane ayarlarında, merkezi bir hemşirelik istasyonuna giden sinyallerin sağlam bağlantıya ihtiyacı olduğunu gözlemler. tıbbi bant telemetri için tasarlanmış son RF yükselteçleri (örneğin 2.4 GHz Medical Implant İletişim Servisi, MICS, grup) 10 $ 'dan az çizim yaparken 0,8 dB'ye ulaşırken, on yıl önce mümkün olmayan etkileyici bir kombinasyon.

Fitness Wearables and Activity Trackers

Fitness pistleri ve spor saatleri, LNA'ların SiGe veya GaAs pHEMT süreçlerine dayanan doğru GPS ve güvenilir Bluetooth bağlantısı gerektirir: Uydulardan gelen sinyallerin son derece zayıftır (yaklaşık 130 dBm) ve LNA'lar tarafından daha az eklenmiş gürültü ile birlikte, GPS alt sistemi için genel bir bütçe 20 mW'nin altında kalırken, GPS alt sistem için en az 0,5 dB'den daha küçük paketler halindeki sinyallerin uzunluğuna kadar hızla yükselmesine olanak sağlar.

Fitness giyilebilirlarında Bluetooth güç yükselteçleri de faydalandı. Modern PA tasarımları +8 dBm çıktı gücüne% 40 verimlilikle teslim edildi, daha önce nesiller tarafından kullanılan batarya kapasitesinin bir kısmını kullanarak sağlam bağlantı sağlar.

Akıllıwatches ve General-Purpose Wearables

Apple Watch ve Samsung Galaxy Watch gibi akıllı gözlemler, her iki PA'nun da dahil olduğu gibi, tüm desteklenen bantların ve LNA'ların da son derece entegre anten-interface modüllerinde olduğu gibi, her biri kendi yükseltici veya çok geniş bant çözümüne sahip olacaktır.

Bağlantının ötesinde, bazı akıllı gözlemler şimdi kısa menzilli radar (örneğin, jim algılama veya düşme algılama) 60 GHz bandı kullanarak. milimetre dalga frekansları için yeni algılayıcılar, çok küçük dalgalar ve yüksek kayıplar nedeniyle. Ancak araştırma gruplarının GaN güç yükselteçleri 20 dBm'nin üzerinde bir çipin üzerinde çıktı gücü ile gösterdi.

Artırılmış Gerçeklik (AR) ve Sanal Gerçeklik (VR) Başsetler

Geleneksel anlamda her zaman giyilebilirken, AR/VR başları uzun süreler için giderek yıpranmış ve bu kafaların karmaşık modülasyon şemalarını (örneğin 64- veya 256-Q) daha sıkı bir şekilde çalıştırarak, bilgisayar veya bulut sunucusuna geçiş yapması gerekir.Son zamanlarda SiGeCM BiCM amplifleri elde edilen 30 m2 x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x x

Future Path and Ongoing Research

Yapay Zeka ve Adaptif Amplifiers

Heyecan verici bir sınır, Kaliforniya Üniversitesi'ndeki dinamik olarak optimize edici parametreleri gerçek zamanlı olarak optimize etmek için makine öğreniminin kullanılmasıdır. sinyal koşullarını takip ederek, batarya gerilimi ve sıcaklık, AI odaklı bir kontrol kontrol cihazı önyargı noktaları ayarlayabilir, eşleme ağları veya hatta gelecekteki giyilebilir RF uçları korumak için standart hale gelir.

Enerjinin ve Ultra-Low-Power Operasyon

Batarya değişikliklerine asla ihtiyaç duymayan giyilebilir ürünler uzun zamandır devam eden bir rüyadır. Çevre RF, hareket veya vücut ısısından elde etmek küçük sensörlere güç verebilir, ancak bu tür cihazlardaki RF yükselteçleri mikrowatt bütçelerde çalışmalıdır.Son çalışma, alt üst düzey CMOS LNA'lar, 10 μW'nin altındaki güç tüketimiyle ilgili 3 dB'ye sahiptir, ancak orta vadede teknoloji bakımına gerçekten de söz verebilir.Fortranskript teknikler (bu tür cihazlardaki son bir kaza taşıyıcı üzerinde çalışır)

5G ve 6G Networks ile entegrasyon

5G daha yüksek frekans gruplarına (mmWave, 24 GHz'in üzerinde), ve 6G araştırma hedefleri alt-terahertz iletişim (100 GHz ve daha yüksek), giyilebilir mimarilere ve çip antenlere bu frekanslarda çalışabilme yeteneğine ihtiyaç duyacaktır. Örneğin, Texas Üniversitesi'nde bir ekip 45 nm CMOS'de yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek bir yükseltici hale geldi.

Esnek ve çizilebilir RF Devreleri

Başka bir sınır, RF yükselteçlerinin esnek substratlar üzerinde geliştirilmesidir, ince film transistörleri veya basılı elektronikler kullanılarak yapılır. Bunlar doğrudan giyim veya bandajlara gömülür, bazı spor giyimli yükselteçlerde kullanılan daha acil bir çözümdür.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Son on yılda minimize RF yükselteçleri, daha hafif ve daha rahat bir şekilde aşınmaya olanak sağlayan yeni malzemeler kullanarak, tam zamanlı iletişim ve aşınmaya değer olan yeni cihazlara saygı gösterebiliyor.Forlangıçta, gelişmiş CMOS düğümleri ve yüksek entegre edilmiş bir paketleme, tasarımcılar artık akıllı bağlantılarını inceler, ultra-düşük güç devrelerinin birleşimi, daha yüksek çözünürlükte olan daha küçük bir işlemden daha kolay hale getirecek olan daha küçük bir uygulama olacaktır.

Daha derin teknik ayrıntılarla ilgilenenler için, [[Üyetim:0)IEEE[[Dönetici:0) milimetre ve hipotavlar üzerinde sayısız makale yayınlar, ancak firmalar )Analog Cihazları[DDDDDDDDÜDÜye Olmayanlar İçin Özelleştirmeler Sunulur. Ek kaynaklar mevcut değildir.