Giysilenebilir Elektronikte Miniaturizasyon için Sürücü

Tüm bu cihazlardaki ortak bir iplik, daha hafif ve daha rahat form faktörleri ile, performanstan gelen cihazlarla, elektronik alt sistemlerin nasıl tasarlandığı konusunda temel bir yeniden düşünmek gerekir. Tüm bu cihazlardaki ortak bir iplik, fiziksel sensör verileri işleme için dijital bilgilere dönüştürmektedir. İşte Analog-to-Dijital oyun (ADC) ve eşlik eden birleştirici rol oynamak için.

Neden Tümleşik ADC ve Amplifier Modülleri Madde

Geleneksel olarak, ADCs ve yükselteçler, baskılı bir devre kuruluna ayrı ayrı olarak yerleştirilir (PCB). Bu yaklaşım, karmaşıklığı arttırır ve potansiyel gürültü kaynaklarını uzun bağlantılardan sunar. Her iki modülün de entegre edilmesiyle, tasarımcılar daha küçük bir ayak izi elde edebilir, daha kısa sürede veya daha kısa bir süre sonra daha iyi gürültü bağışıklığa yol açan sinyal yolları azaltır.

Giyimlenebilir Tasarımlar için Anahtar Avantajlar

  • [FONT:0)Board Space Tasarrufları:[Dönetici:[Dönetici: 1) İntegra, ayrı yükselteç ve ADC paketleri için ihtiyaç ortadan kaldırır, ek sensörler, batarya kapasitesi veya kablosuz bağlantı modülleri için değerli gayrimenkulü serbest bırakır.
  • [FONT=0) Basitleştirilmiş Routing:[Dönetici:[Dönetici: 1) Tek bir modül, sinyal bozulması ve elektromanyetik müdahale riskini azaltır (EMI).
  • [[Düzücü çıktı ve ADC girişi, elektrokardiogram (ECG) veya fotoplethysmografi (PPG) sensörleri gibi zayıf sensör sinyallerinin seçicileştirilmesini en aza indirir.
  • [FONT:0)Enhanced Reliability: Daha az sayıda ortaklar ve bağlantılar potansiyel başarısızlık puanlarını azaltır, daha sağlam cihazlara yol açar.

Kompakt Tüm Modüller Oluşturmada Tasarım Meydanları

Yararlılar açıkken, giyilebilirler için entegre ADC ve yükselteç modülü birkaç teknik engel sunar. Her meydan okuma, modülün tüketici ve tıbbi kullanım kolaylığının katı gerekliliklerini karşılamasını sağlamak için yenilikçi çözümler talep eder.

Signal Integrity'yi Küçük Ölçeği Korumak

Kompakt bir modülde, analog ve dijital devreler yakın bir şekilde ortak olmalıdır. ADC'nin kontrol mantığı veya veri arayüzünden dijital geçiş gürültüleri, ölçümleri bozan hassas yükselteç girişine çift verebilir. Tasarımcılar bunu dikkatli zemin planlama ile ele alır ve ayrı analog ve dijital zemin uçaklarını kullanarak, silikonun etrafındaki koruma halkalarını ve izolasyonu çalıştırmalıdır. Ek olarak, farklı sinyalleme ve adanmış koruma tabakaları gibi gelişmiş düzenleri sinyal saflaştırmaya yardımcı olur.

Elektromanyetik Müdahaleyi Yeniden Üretin (EMI)

Giysilenebilir cihazlar genellikle RF vericiler tarafından çevrilidir (Mavitooth, Wi-Fi, hücresel) ve diğer yüksek frekanslı devreler. Entegre modül kendi içinde EMI.'yi düzenleyici standartlarla (örneğin, 911 ve CE) karşılamak ve diğer cihaz işlevlerine müdahale etmekten kaçınır, mühendisler EMI filtrelerini, dekoupling kapasitörler ve dikkatli bir şekilde şarj edici eşleştirmeyi içerir.

Sacrificing Performansı olmadan Güç Tüketimi

Battery hayatı, giyilebilirler için birincil bir satış noktasıdır. Entegre modüller ultra-düşük güç seviyelerinde, genellikle mikroamper aralığında, yüksek çözünürlükte (örneğin, 16-bit veya 24bit) ve yeterli örnekleme oranları sunar. Bu ticaret-off, gelişmiş CMOS süreçleri, alt-tavücut devre tasarımı ve görev bisiklet ve güçlendiricileri gibi dinamik güç yönetimi teknikleri gerektirir.

Yeterli kazanç ve karar verme

Giysilenebilir sensörler genellikle çok küçük gerilim değişiklikleri üretir - örneğin, ADC'nin önemli gürültü eklemeden birkaç mikrovoltaik bir miktar yüksek çözünürlükte elde etmek için yeterli miktarda kazanç sağlar. Tüm modüller şimdi farklı sensör türleri ve yüksek seviyeli kardiyak sinyalleri optimize edebilir.

Gelişen Teknolojiler ve Tasarım Teknikleri

ADC ve amplifik modülleri entegre eden inovasyon hızı hızlanıyor, bir sonraki nesil giyilebilir taleplerle yönlendiriliyor. Birkaç anahtar teknoloji geleceği şekillendiriyor.

Ultra-Low-Power SOC Solutions

Sistem-on-çip (SoC) sadece ADC ve yükseltici değil aynı zamanda mikrokontroller, hafıza ve kablosuz arayüz giderek yaygın hale geliyor.Bu son derece entegre cihazlar, aşınmaz bir sensör için bileşeninin sayısını dramatik bir şekilde azaltır. Örneğin,STT:0Analog Cihazları ADA4692[FLT: 1) serisi, demiryolu-düşük bir güçle entegre ediyor ve yüksek çözünürlükte doğrudan bağlantı için uygun bir şekilde, yüksek çözünürlükte bir şekilde entegre ediyor.

Gelişmiş Ambalaj: Fan-Out Wafer-Level ve 3D Stacking

Daha fazla ayak izi en aza indirmek için, üreticiler ileri paketleme yöntemlerini benimsemektedir. Fan-out wafer- level paketleme (FOWLP), dış tel tahvillerle daha küçük bir paket büyüklüğüne izin verir, parasitik indükleme alanı olarak 3D silikon yığınlama sağlar. 3D amplifikleri kullanarak yapılır.

Dijital Kalibrasyon ve Kendi kendine Test

Sıcaklık ve yaşlanma üzerindeki yüksek doğruluk sağlamak için, entegre modüller giderek artan oranda çipler dijital kalibrasyon devreleri içerir. Bu devreler başlangıç veya periyodik olarak hataları ölçür ve dijital olarak uygular, bazı modüller dijital olarak düzeltmeler içerir.Bazı modüller, dış test ekipmanları olmadan sinyal yolunu doğrulayabilir ve başarısızlık seçeneği olmadığı durumlarda tıbbi giyilebilir ürünlerde güvenilirlikleri doğrulamaktadır.

MEMS Multi-Sensor Fusion için Entegrasyon

Bir sonraki sınır, ADC ve amplifikatörlerin aynı substratta MEMS sensörleri ile entegrasyonudur. Örneğin, bir Hızölometre veya gyroskop, özel sinyal doğrulama devreleriyle birlikte, tek, küçük bir pakette tam bir ölçüm ünitesi oluşturmakta ve sofistike sensör füzyon algoritmalarının aktivite izleme, jest tanıma ve algılamasını sağlayabilir.

Giyim edilebilir Cihazların Uygulama Örnekleri

Fitness Tracker ve Akıllıwatches

Modern fitness pistleri, özellikle optik ön uçlar için tasarlanmış bir ADC tarafından takip edilen küçük bir modüldür.Maxim MAX86141[Dönder:0)Maxim MAX86141[Dönderilen bir yükselteçli yükselticiyi birleştirir, ADC ve LED sürücüleri minimum batarya drenajla takip eder.

Tıbbi Patchler ve Sürekli Glucose Monitors

Sürekli glukoz monitörleri (CGMs) veya ECG yamaları gibi, zayıf biyolojik sinyalleri tespit etmek için son derece düşük gürültü ve yüksek çözünürlük gerektirir. 24bit delta-sigma ADCs ve chopper-stabilized amplifikatörler şimdi 2x2 mm olarak paketlerde mevcuttur. Bu cihazlar, klinik-grad tanıları için net sinyaller sağlamak için özel algoritmaları kullanır.

Duyabilir ve Ses Artırılmış

Gerçek kablosuz kulaklar ve işitme cihazları, mikrofon sinyalleri düşük bozulma ve minimum güçle dönüştüren entegre ADC ve yükseltici modüllerden yararlanabilir. Aynı modül aynı zamanda küçük bir konuşmacı sürebilir, tek bir çipte tam bir ses yolu oluşturabilir. Gelişmiş gürültü-canceling sistemleri, sıkı bir şekilde maçlanmış kazanç ve faz özellikleri ile birden çok mikrofon kullanır, inter kanal yanlış uyumlu çözümleri azaltır.

Önümüzdeki sefere, kenar AI işlemcileri ile bütünleşik analog cephelerin yakınlığı, sadece termoelektrik jeneratörleri veya fotovoltaik hücreler göndermeden gerçek zamanlı analizleri gerçekleştirmek için kullanılabilir. Bu, yüksek çözünürlükte ve güçlendirici modüller oluşturmak için potansiyel olarak, hiçbir zaman şarj edilemeyen bir ECG sinyalini tespit edebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Entegre ADC ve amplifik modüllerin gelişimi, bir sonraki aşınma cihazların dalgasını kritik bir şekilde sağlamaktır. İşlevleri birleştirerek, tasarruf alanı ve gücü azaltın, bu modüller, aynı anda daha yetenekli ve daha rahat olan ürünleri yaratmaya izin verir.

Mühendisler giyilebilir bir tasarıma giriş yapmak için, lider üreticilerden gelen son entegre modülleri değerlendirmek akıllıca bir ilk adımdır.Kaynak:0)Electronic Design'ın giyilebilir analizi) ve [[ENFLT:2MDTORPI Sensörleri dergisi) bu hızlı hareket alanına devam eden öngörüler sağlar.