FSK2 Tasarıma Giysilenebilirler için Giriş

Frekans Değiştiricileri ultra-kompakt giyilebilir cihazlar için tasarım, en az ayak izi ve olanakların ikiz hedeflerine ulaşmak için eşsiz bir bağlantı sunar. Bu sistemler, sıkı boyutta ve güç bütçeleri içinde çalışırken güvenilir bir kablosuz iletişim sağlamalıdır.The following sectionlar a detailed inceleme of the key design considerations, Selection and anten - to achieve the twin Goals of minimal permission and Battery life.This requires a deep understand of circuit- level trade-offs, component features, and system- level power management strategy.The following partition.

Ultra-Compact'ta Temel Düzenlemeler

FSK vericilerinin giyilebilir cihazlar için tasarımı üç birincil kısıtlama tarafından yönetilir: fiziksel boyut, güç tüketimi ve iletişim güvenilirliği. Bu faktörlerden her biri, basılı devre kurulunun düzenine yarı iletken işlemden oluşmaktadır. Ultra-compact giyilebilir, genellikle aktif bir şekilde birkaç miliamperyalistin olmadan daha az bir çözüm hacmi gerektirmez.

FSK'lar için Core Design Thinkations

Boyut Azaltım Stratejileri

Bir FSK vericisinin fiziksel ayak izini, 0201 veya 01005 pasif bileşenler ile ilgili olarak dikkat gerektiren modüller, RF ön uç, temel bant işleme ve güç yönetimini tek bir pakete entegre etmek, yüksek çözünürlükte, yüzeysel malzemelerle yükleme ve zemin düzlemde kabul edilebilir performansları kullanarak özellikle zorlanır.

Güç Verimliliği Gereksinimleri Gereksinimler

Bir FSK vericisinde güç tüketimi güçlendiricisi ve osilatör tarafından yönetilir.In giyilebilir cihazlar için, verici için toplam güç bütçesi genellikle 2.4 GHz gibi yüksek frekanslara kıyasla 10 miliwatt ile sınırlıdır, ancak bu daha büyük antenler gerektirir. modulation index, alıcıya karşı dayanıklılık ve çıkış gücü seviyesi.

Vücut-Centrik İletişiminde Yenidenlik

Giysilenebilir cihazlar insan vücuduna yakın olarak iletişim kurabilir, bu da zor bir yayılım ortamı sunar. Vücuttaki RF enerjiyi absorbs eder ve bağlantı kalitesine göre bağlantı kurmalı etkileri yaratmalıdır. FSK modulation, verici çıktı gücünü artırmak için, doğrudan batarya yaşamı artırmak için. Daha fazla güç verimli bir yaklaşım, alıcıda çeşitlilik resepsiyonu kullanmak veya dönüştürücü gücü hızla uygulamak için uygun bir güçlendirici bir kontrol oluşturmak.

Bitirme Kriterleri

Oscillator Choices: Kristal vs. MEMS

Oscillator, her FSK vericisinin kalbidir, hem taşıyıcı frekansı istikrarı hem de güç tüketiminin önemli bir kısmıdır. Kristal oscillators, 1 ila 5 ppm derece °C olarak mükemmel frekans stabilitesi sağlar, ancak genellikle kristal meslektaşlarından daha fazla güç harcarlar, genellikle 50 ila 200 mikrop arasındaki farkları en küçük bir 1.0 olarak 1.0 olarak maksimum frekanslar için en küçük olarak 100 mikropişman için 50 ila 50 mikrop için de yüksek çözünürlükte kalır.

Tüm FSK Modulators

Modern RF transceiver ICs, FSK modüllator'u çipsiz, basitleştirme tasarımı ve bileşeni saymayı gerektirir. Bu cihazlar, 1 ila 100 kbps arasında değişen taşıyıcıları doğrudan oluşturmak için keserek, dış gerilim kontrollü oscillatorlar ve döngü filtre bileşenleri için ihtiyaçları ortadan kaldırır. Anahtar özellikler modlama verileri oranı, frekans sapma aralığı ve zaman ayarlandığında, veri oranlarına bağlı olarak 1 ila 100 kbps'ye kadar olan verileri destekleyen modüller için yeterlidir.

Güçlendirici seçimi

Güç yükselteçi, verici zincirdeki en güçlendirici bileşenidir. ultra-compact giyilebilirler için, çıkış gücü genellikle 0 ila 10 dBm ile sınırlıdır, ancak vücut-ta ağ uygulamaları için yeterli aralığı sağlarken, batarya boşaltmak için daha hassastır. Sınıf D güç yükselteçleri, D sınıfı ve Sınıf Efficileri arasındaki seçim yüzde 80'i aşıyor.

Antenler

Anten, giyilebilir bir cihaz için en zorlu bileşenlerinden biridir. Meandered inverted-F antenleri ve çip antenleri çok daha küçük bir ayak izi elde edebilecek ortak alternatiflerdir. 915 MHz için tipik bir anten, yüzde 3 ila 70 arasında bir radyasyon verimliliği ile ölçülür.

Devre Optimizasyon Teknikleri

Low-Power Sleep Modes ve Duty Bisiklet

Batarya hayatını giyebilir FSK vericileri için en etkili teknik, vericiyi her saniyenin çoğunluğu için derin bir uyku durumunda tutmak ve sadece kısa sürede izlemek, ortalama güç tüketimi, genellikle 100 saniye mikrosaniye altında, gereksiz güç tüketiminden kaçınmak için minimum 1 ila 10 milisaniye kadar aktiftir.

Adaptif Güç Kontrolü

Adaptif güç kontrolü, alıcının sinyal gücüne doğru gönderdiği gerçek zamanlı olarak verici çıktı gücü ayarlar ve bu şekilde ortalama güç tüketimini 30 ila 50 ile vücut pozisyonundaki değişiklikleri takip ederken, genellikle her 10 ila 100 milisaniye gönderdiğinde, genellikle bir kez daha otomatik olarak otomatik olarak şarj edilebilir bir yaklaşımla karşılaşır.

Verimlilik için Ağ Tasarımı

Güç yükselticisi ile anten arasındaki uyumsuz ağ genel verici verimlilik üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. İyi tasarlanmış bir eşleştirme ağı, 1 ila 3 dB tarafından, doğrudan güç tüketimine veya daha fazla aralıka dönüştürülen bir tasarıma kıyasla, en küçük L-kompakt aşınması için, eşleşen bir ağ, mümkün olan en küçük bileşenleri kullanarak fark edilmelidir.

Güç Yönetimi Mimarisi

Gerilme Yönetmeliği ve Güç

Verimli gerilim yönetmeliği, FSK vericisinin stabil çalışmasını sağlamak için önemlidir, ancak çiftleri RF yoluna sokabilecek daha yüksek bir gürültüyü sunar.En çok aşınmalı verici vericiler için, düşük devreler LDO'dan çok sayıda üreticiye ve iyi şarj edilebilir uygulamalar için kullanılabilir.

Enerji Bütünleşme

Enerji üretimi batarya ömrünü uzatabilir veya hatta batarya değiştirilmesi ihtiyacını giyilebilir cihazlarda ortadan kaldırır. Vücut hareketine çıkan termoelektrik jeneratörleri, birkaç miliwatt değerinden 10 ila 100 mikrowatt sağlayabilir.Ancak, çoğu enerji hasat kaynağı, iç aydınlatma koşullarında benzer güç seviyelerini sağlayabilir.

Battery Selection ve Yönetim

Batarya teknolojisi seçimi, 0.1 milimetre kadar incelenebilir bir boyut ve batarya ömrüne doğrudan bir etkiye sahiptir, onları ultra-kompaktlı polimer bataryaları için ideal hale getirir, ancak litre başına 50 ila 100 watt saatlik, genellikle 200 ila 250 watt-günlü olmayan cihazlar için, yüksek enerji yoğunluğu sağlar, yüksek enerji yoğunluğuna sahip olur, ancak daha düşük enerji yoğunluklarını azaltır ve 100 watt-saat boyunca şarj edilebilir.

Miniature'de Termal Yönetim

Heat deployment, ultra-kompakt giyilebilir cihazlarda kritik bir durumdur. Güç yükselticisi, vericide birincil ısı kaynağıdır ve ısı flux, bir alt-1-cubik-cent cihazında iletim sırasında 10 watt'ı aşabilir.Bir miktar bakır veya alüminyumun ısıtılması, batarya hayatını azaltır ve aynı zamanda sürücüyü kanala bağlayan ısıtıcı zeminini birbirine bağlayan ısıtabilir.

Design Strategies for Extended Battery Life

Optimizleşme Gücü ve Görev Döngüsü

Batarya hayatı için en etkili parametre, aynı görev döngüsü tarafından şarj edilebilir bir sağlık monitörü için her dakika 20.000'den gelen iletim gücünü her dakikaya kadar azaltın. 0 dBm'ye kadar batarya hayatını 10 faktörle genişletebilir, aynı görev döngüsü varsayar. Ancak, bağlantı bütçesi beklenen aralığı ve vücut gölgelendirme koşullarını sağlamak için dikkatli bir şekilde analiz edilmelidir.

Data Capsule ve Protokolü Verimliliği

Bu iletilmesi gereken verilerin miktarını azaltmak, batarya ömrünü önemli ölçüde uzatabilir. Her paket için delta encoding gibi basit bir sıkıştırma tekniği, uzun preambles gerektiren 30 ila 50% paket boyutlarını azaltabilir, daha fazla güç tüketimi azaltmalı.

Akıllı Uyku Modu Yönetimi

Tüm uyku modları eşit değildir. Düşük güçte çalışan derin uyku modları, daha yüksek sincap pahasına daha hızlı uyanmaya izin verir, tipik olarak 10 ila 100 nanoamperya sahiptir, ancak daha uzun uyanma süresi gerektirir. Düşük güçte çalışan ses geçirmez modları için, ışık uykusu daha verimli olabilir çünkü daha yüksek uyku için daha yüksek uyku uygulamaları azaltılır.

Giyilebilir FSK'nın Test ve Geçerliliği

Güç tüketim Karakterizasyon

Gerçek işletim koşulları altında güç tüketiminin doğru ölçümü, batarya yaşam tahminine bağlı olarak önemlidir. Bu, mevcut dalga formlarını mikrosaniyeli karar ve miliamperlerden miliamperyazarlığa kadar alan bir yükselteçtir. Tam döngüye bağlı olarak bir diskal yükseltici ile karşı direnç gösteren bir test seti gerektirir.

Bağlantı bütçesi gerçekçi vücut merkezli senaryolarda doğrulanmalıdır. Bu, alınan sinyal gücünü çeşitli mesafelerde ve vücut pozisyonlarında ölçümlemek, hem de cihazın yıpranması olmadan standart test pozisyonlarının sol bileği, sağ bileği, göğüs ve bir ayak bileğin eklenmesi gerekir. ölçümler vücut kompozisyonunda ve büyüklüğündeki varyasyonları dikkate almak için birden fazla test konusu olmalıdır. Güvenilir iletişim için gerekli olan minimum sinyal seviyesi, alıcı duyarlılığı ve beklenen gürültü zeminine göre belirlenmelidir.

Çevre ve Düzenleme

Uygun FSK vericileri, hedef piyasalarda radyo emisyonlarının yasal gereksinimlerine uymalıdır. ABD'de, FCC kurallarının 15'i ISM gruplarında herhangi bir potansiyel sorunu tespit etmek için tasarım aşamasında yapılmalıdır. Avrupa'da, ilgili standartlar EN 300 220'dir.Bu standartlar maksimum aktarma gücü, çok yönlü emisyonlar ve frekans toleransı.

Ultra-Compact FSK2 Tasarım

Daha küçük ve daha yetenekli giyilebilir cihazlara yönelik eğilim, FSK verici tasarımında inovasyonu kullanmaya devam ediyor. Gelişmiş yarı iletken süreçler, 28-nm CMOS gibi, daha yüksek düzeydeki entegrasyon seviyelerini daha düşük güç tüketimiyle güçlendiriyor. Dijital destekli analog tasarım teknikleri, dijital önleme ve adaptif bir önyargı kontrolü dahil, daha fazla güçlendirici bir verimlilik yükseltebilir.In anten cephesinde, metamalzeme cihazlarının yıllarca süren küçük antenler, küçük ışık tüketiminin sınırlarını zorlamaktadır.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Aşırı şarjlı cihazlar için etkili FSK vericilerini tasarlayın, bu tasarım, uyarlayıcı güç kontrolü ve hassas eşleştirme ağ tasarımı gibi sistematik bir yaklaşım gerektirir. Başarının dikkatli bir bileşen seçiminde yatıyor - düşük güç osilatörler, entegre modüller ve yüksek verimli güçlendiriciler dahil - bu tasarım stratejileri ve doğrulayıcılar ile birlikte, daha uzun süren iletişim ilkeleri içeren, sağlam bir şekilde yapılan modeller için sağlam bir şekilde performans sağlayarak, burada güvenilir teknolojiler içeren, güvenilir bir şekilde uygun bir şekilde performans sağlar.