Giriş: Verimli FSK'lar için Imperative for effective FSKlons in Wearables

Akıllı saatler ve fitness gruplarından tıbbi yamalar ve akıllı kıyafetlere kadar değişen cihazlarla birlikte patlayıcı büyüme deneyimledi. Kritik bir telekomünikasyon, yüksek çözünürlükte aşırı kısıtlar altında çalışmalı, güç ve maliyet. Anahtarlama teorisi, devreleri ve sistemi-bölgedeki bu ultra-kompakt cihazları için baskı planı olarak ortaya çıktı çünkü bu hassas bir şekilde işlenebilirlik, verimli ve güç verimliliği ve güç verimliliği sağlar.

FSK'nın Giyilebilir Uygulamaları

FSK, ikili verilerin iki (veya daha fazla) ayrık değer arasında taşıyıcı frekansı geçişle temsil edildiği dijital bir modülasyon tekniğidir.In en basit ikili formda (BFSK), daha düşük bir frekansta ve "1" daha yüksek bir frekansta ile aktarılır. Gaussian Frekans Anahtarlama (GFSK) - temel bant pul pul pul pulsu ile şekillendirilen bir Gaussian filtre ile - özellikle de Bluetooth Low Energy (sol) ve IEEE 802.15.4 (Zigbee).

FSK'nın ultra-kompakt cihazları için avantajları çok yönlüdür. İlk olarak, QPSK gibi sabit devrelerin doğası, doğrusal olmayan güç yükselteçlerinin (PA'lar) kullanımını sağlar. - genellikle Sınıf C, E, veya FSK'de çalışır - DC gücü en az kaybı olan RF gücüne dönüştürür.In contrast, FSK gibi doğrusal olmayan PA'lar, FSK'nın doğrusal olmayan güçlendiricileri için sınırlılığı kısıtlayabilir.

Ancak, FSK, diğer kablosuz hizmetlerle (Wi-Fi, akülü telefonlar, mikrodalga fırınlar) ilgili belirli bir veri oranı ve kanal kesintisi için değil, hala yeterli sinyal-toğraf oranı (SNR) ek olarak, yerel osilatör (LO) frekansının stabilitesi kritik hale gelir; sıcaklık, gürültü veya yaşlanma nedeniyle herhangi bir frekans, gürültüyü seçmek ve bu hataları azaltmak için.

Ultra-Compact Cihazları için Tasarım Kıtları

Güç tüketimi ve Battery Life

Giyim edilebilir cihazlar genellikle düşük enerji tüketimi için optimize edilmiş bataryalar tarafından mAh'den 300 mAh'a kadar uzanan kapasitelerle desteklenir. Bu nedenle, PA verimliliği ve genel verici zincirin kapatılması, düşük güç tüketimi için optimize edilmelidir.

Boyut ve integral

Ultra-kompakt, tüm RF bileşenlerin çok küçük bir baskılı devre kurulu (PCB) alanı içinde uyum sağlamasını talep eder, genellikle 10 mm × 10 mm'den daha az. Bu, LC tank veya şarj cihazı için yüksek performanslı cihazlar için satın alma ağının benimsenmesini sağlar (SoC) - yüksek performanslı metal tabakaları ve yüksek performanslı çipler ile entegre edilmelidir.

Antenler

Anten genellikle giyilebilir RF ön sonunda en büyük bileşenidir. 2.4 GHz ISM bandında frekanslar için, çeyrek dalga monoksit yaklaşık 30 mm - en çok aşınmalı yazıcılar için tasarımcılara tatil yapmak için çok uzun süre (IFA) veya cihaz faktörüne uygun olarak ayarlanan yapılar anlamına gelir.Bu antenler, gerekli verici bir dönüştürücü gücü etkiler.FSK vericiler için gerekli olan dönüştürücüyü artırabilir.

Bir FSK'nın Anahtar Mimari Bileşenleri

Oscillators ve Frekans Synthesis

Herhangi bir FSK vericisinin kalbi frekans kaynağıdır. Çoğu modern tasarım, istenen taşıyıcı frekansı üreten bir PLL tabanlı sentezleyici kullanır ve aynı zamanda frekans modulation. İki ortak yaklaşım var: doğrudan VCO modulation ve iki nokta modulation.

  • [FONT:0)Direct VCO modulation: [Dönetici: [Dönetici: 0] Dijital bazband verileri doğrudan VCO kontrol gerilimini modüle eden bir analog gerilime dönüştürülür. Bu basit ve düşük güç ancak VCO çekme ( VCO yüklerindeki değişikliklerden kaynaklanan frekanslar) ve işlem için dikkatli bir kalibrasyon gerektirir, gerilim ve sıcaklık (PVT) varyasyonlar. modulation bant genişliği ile sınırlıdır.
  • [[Dönekleme:0) İki nokta modülasyon:[Dönetici:[Dönetici:0) Mode hem VCO girişi hem de döngü filtre girişi, PLL döngü bant genişliğinin ötesinde modülasyon genişliğini etkin bir şekilde genişletir. Bu yöntem, PVT varyasyonlarına karşı daha sağlamdır ve daha yüksek veri oranlarına destekleyebilir, ancak ek devre ve kalibrasyon gerektirir.

Oscillator topoloji seçenekleri LC tankları, ring oscillators ve MEMS rezonansçılar.ETHFLT:0)LC VCOs) iyi bir faz gürültü performansı sunar ancak modulation spektrumu gerektirir ve kullanılabilir SNR.D:2|Dörtücüler [Dörtücüler”) [Dörtücüler [Döneticileri düşük bir süre boyunca çok fazla stabilite sağlarlar, ancak gürültü fazı daha düşük maliyetlidir, ancak gürültü fazı azaltırlar.

Modelator Structures

PLL'nin ötesinde, modülatör verileri analog bir şekilde temiz bir FSK sinyaline göre şekillendirmelidir.For GFSK için, Gaussian düşük frekanslı bantlamalar ile giriş yapılır.Bu filtre, analog yolda sabit bir algılama sağlarken, yüksek çözünürlükte ise yüksek çözünürlükte otomatik olarak uygulanabilir.In ultra-düşük ölçümler için sürümler ayarlandığında, düşük maliyetli ve alıcı duyarlılığın fiyatlama ile daha düşük maliyetlidir.

Doğrudan Modulation vs. I/Q Upconvers

VCO modulation'ı doğrudan yönlendirmenin bir alternatifi, taban bandı I/Q sinyallerinin yerel bir osilatör ile karıştırıldığı ve FSK sinyali oluşturmak için birleştirildiğinde, bu yaklaşım mükemmel bir boşluk ve esneklik sunar (herhangi bir modülasyon planı destekler), iki karıştırıcı, fazlayıcı ve güç tüketimi gerektirir.

Güçlendirici Tasarım

PA bağlantı, vericideki en güçlendirici bloktur. Sürekli gelişmiş FSK sinyalleri için, doğrusal olmayan PA sınıfları ideal.ETHFLT:0)Class E) ve ultra-compact tasarımlarında, düşük Q-fayda verimliliği ile daha düşük çözünürlükte olan ısıtılabilirliklere göre daha düşük çözünürlükte olan ısıtılabilir.

Mimari Yaklaşımlar ve Ticaret-off

Dijital-Centrik FSK

CMOS teknolojisi ölçekleri olarak, dijital yoğun mimariler cazip hale gelir. Bir yaklaşım, VCO'nun dijital olarak kontrol edilen osilatör (DCO) ve döngü filtre tamamen dijital olarak kontrol edilen bir cihazdır.ADPLLs, küçük düğümler için mükemmel bir programlanabilirlik, küçük alan ve analog gürültüye göre daha verimlidir, ancak yüksek dijital mantık ve hassas zaman dönüştürücüler (TDC), bu da doğru frekans kontrol edilebilirliği sağlar.

Fraction-N Synthesis ile PLL-Based Architectures with Fractional-N Synthesis

Fractional-N PLLs, sentezleyicinin şarj edilebilir veya Bluetooth Classic ile taşıyıcı frekansları üretmesine izin verir (sub-kHz adım) Düşük bir referans frekansına ihtiyaç duymadan, bu çok standart aşınma için gereklidir.FSK vericiler için çok standart olarak kullanılabilir.In FSK vericiler, modlama doğrudan kontrol edilebilir.

Hybrid and Multi-Mode Architectures

Bazı giyilebilir cihazlar çoklu kablosuz standartları (örneğin, BLE + Zigbee + özel 2.4 GHz protokolleri) Değiştirilebilir bir PLL'yi esnek bir baz bandı ile birleştirir, bu karmaşıklık ve kanal planları için aynı verici depolama gerektirir.In ultra-compact devices için, tek kullanımlıktır (Pandalya için) ve O-QPSK (Praending tasarımları için modülelatör ve PA lineerizasyonun doğrulanması için daha yaygındır.

Meydanlar ve Gelişen Çözümler

Faz Gürültü ve Frekans Drift

Bir giyilebilir ortamda, sıcaklık değişiklikleri (bu sorunları azaltmak için, VCO resonant frekansı sürüklenmeye neden olur.Ocak ve PLL modulation spektrumunu ve iyileştirici kelimeleri bozabilir. Örneğin, bir BLE alıcının bu sorunları azaltmak için önbellekli kullanması, tasarımcılara otomatik olarak çalışan frekans kalibrasyonunu (AFC) döngülerini ölçmek için frekans uyarıları ölçmek ve VCO kontrol gerilimlerini veya dijital ayarlayarak uyarı tablolarını düzeltebilir. Örneğin, bir BLE alıcı, önbelleklibrasyonunu kullanarak önbellekleme ve beslemeyi sağlayabilir.

Süreç Variation and spread

CMOS üretim varyasyonları, bir FSK vericisinin mutlak frekansına ve modülasyon sapmasına neden olur.Saç olmadan, bir tasarım hedeften% 20'lik bir frekans sapması üretebilir, modülasyon maskesini ihlal eder ve test zamanından itibaren (örneğin, bir FSK verici veya bir kez bellek) otomatikleştirin.

Sağlamlık ve gürültü

Basit cihazlar genellikle bu aralıkta istikrarlı frekans ve güçten yararlanabilirler. Low-drop düzenleyicileri (LDO'lar) temiz bir tedarik sağlayabilir, ancak DC-DC dönüştürücüler verimlilik artırmaktan ziyade sürekli tedarik eden VCO tedarikine girerler.

Bütünleşme ve Test Challenges

Torun RF performansının Wafer seviyesi yüksek frekanslı probların ve frekans dönüştürücü dijital devrelerle geçiş potansiyeli nedeniyle zordur.Yapılan güç, frekans sapması ve şaşırtıcı seviyeleri test maliyetlerini azaltmak için kabul edilir.

Future Yol Tarifi

İleriye bakmak, FSK verici mimarileri daha ileri sürmek için vaat eden birkaç araştırma yolu, yüksek çözünürlükte 10 inçlik bir sistemle uyumlu hale getirmek için, yüksek çözünürlükte 10 inçlik bir sinyale sahip olan yüksek çözünürlükte, yüksek çözünürlükte 10 inçlik bir şekilde yüksek çözünürlükte olan bir sinyale sahip olan yüksek çözünürlükte otomatik olarak otomatik olarak yüksek çözünürlükte otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik olarak otomatik

Bu alana giren tasarımcılar, gelişmiş faz gürültü analizi ve sentez teknikleri için yazara danışmalıdırlar. Texas Instruments application notu GÜNCÜ:0) Alçakgönüllü FSK 3. Tasarım) Bu yüksek çözünürlükte, gelişmiş aşama gürültü analizi ve sentez teknikleri için, IEEE kağıt [[Döneticileri:2).[Döneticileri ile Ultra-Low Faz Gürültüyü Giyebilirler için kullanılabilir.[Döneticileri yüksek çözünürlükte) Bu yüksek çözünürlükte bulunan sistem, yüksek çözünürlükte bulunan bir sistemdir.