生物医学用植入式无线能量传输及射频集成电路的研究

随着无线通信技术及其应用的迅猛发展，以及高性能、低成本的CMOS工艺在射频集成电路上的不断进步和突破，生物医学用植入式射频集成电路及系统已形成一个新兴的研究热点，并有望成为射频集成电路领域的一个重要分支。本课题研究生物医学用植入式射频集成电路的基本功能、基本结构，探索生物医学用植入式射频集成电路的设计理论。研究不同频率和功率的电磁波与各种动物组织间的相互作用，建立动物组织的电磁特性模型和植入式射频集成电路的系统级与电路级拓扑模型，研究植入生物体的射频集成电路的制造工艺和封装方法，并设计植入式射频集成电路的基本功能电路――"电磁耦合能量接收电路"、"控制数据接收电路"、"射频发射电路"等。

本课题研究生物医学用植入式无线能量传输及射频集成电路的基本功能、基本结构，探索生物医学用植入式无线能量传输及射频集成电路的设计理论。项目选定无线能量馈送频率为13.56MHz，生物电信号射频频率为433.92MHz，并尝试采用3~5GHz的超宽带（UWB）频段进行大规模多通道生物电信号的高速调制与发射。项目研制了包括无线能量传输通路和无线数据传输通路的生物电信号无线采集与传输系统，并对其中关键电路进行了专用芯片的设计。同时项目完成了不同频率、不同调制方式的射频信号穿透生物体组织被吸收衰减程度的研究，通过具体实验分析得出，射频信号穿透生物体组织深度每增加2cm，射频信号衰减20dB。.项目完成了对拟定植入体内的全部关键电路的低功耗专用芯片设计包括射频、低频模拟、模数混合与基带等，可以构成两套ISM频段的植入式低功耗、低复杂度的通信系统（433.92MHz DPSK通信、433.92MHz AM通信）、一套3~5GHz的低功耗高速超宽带（UWB）发射系统，以及一套无线能量恢复系统。433.92MHz DPSK通信系统包括DPSK调制/解调与发射/接收芯片、新型双平衡混频器、功率放大器、模/数转换器等；433.92MHz AM通信系统包括新型AM调制/解调与发射/接收芯片、低功耗生物电信号低噪声放大器等；3~5GHz UWB发射系统采用了具有自主创新性的触发式、间歇性UWB调制技术实现对信号的UWB调制的同时，可以分别对UWB RF信号的中心频率、带宽、辐射功率进行调节。无线能量恢复采用两套方案，分别借鉴RFID近距离和远距离能量传输技术，将接收到的13.56MHz和915MHz无线交流能量分别转换为3.3V和1.8V直流能量输出，输出的电源功率分别达到50mW和4mW。.项目按计划完成了全部任务。已发表20篇SCI或EI期刊文章和会议文章，申请专利15件，其中已授权版图专利3件，实用新型专利4件。