專利名稱：適合于cmos工藝實現(xiàn)的植入式am發(fā)射方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及生物醫(yī)學植入式環(huán)境下對生物體內(nèi)神經(jīng)信號等生物電行為信號的無線傳輸、監(jiān)控與記錄，涉及無線通信、通信集成電路、射頻電子電路、無線能量傳感及生物醫(yī)用微電子學等交叉領域，具體涉及ー種適合于CMOSエ藝實現(xiàn)的具有無線電源的植入式生物電信號AM發(fā)射方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
對目前，隨著電子信息技術(shù)、無線通信技術(shù)、半導體集成電路技術(shù)、生物醫(yī)療技術(shù)的迅猛發(fā)展，電子、生物、醫(yī)療等諸多領域相互融合、彼此促進，使生物醫(yī)療為目的的生物醫(yī) 學微電子技術(shù)逐步成為ー個新興的研究領域。對于生物體神經(jīng)網(wǎng)絡體系研究、生物體工程學研究、脊椎修復恢復肢體運動、視覺修復、人工耳蝸等前沿技術(shù)領域的研究，需要依靠對大量神經(jīng)信號等生物電行為信號進行長期的實時監(jiān)測與記錄來完成。目前，傳統(tǒng)的生物醫(yī)學研究一般采用有線連接的方式將微電極陣列所采集的生物體內(nèi)電行為信號傳輸?shù)缴矬w外的監(jiān)測與記錄設備中，再進行后續(xù)的信號處理及研究。這種有線傳輸方式不僅導致生物體的檢測創(chuàng)ロ因長期保持開放而易受細菌感染，同時也無法監(jiān)測與記錄到生物體在無束縛、無麻酔的日常條件下的多種生物電信號，而且微弱的生物電信號在由體內(nèi)向體外進行中短距離有線傳輸?shù)倪^程中極易受到外加自由空間的已有電磁輻射的干擾，影響監(jiān)測與記錄的精度。因此，傳統(tǒng)的生物醫(yī)學技術(shù)手段已顯得越發(fā)カ不從心，迫切需要一種先進的生物醫(yī)用植入式微電子無線通信技術(shù)在生物體內(nèi)對神經(jīng)信號等生物電行為信號進行降噪放大后，實現(xiàn)日常無束縛、無麻酔條件下的無線監(jiān)測與記錄。目前，業(yè)界在植入式環(huán)境下對生物電信號的無線傳輸方面處于起步研究階段，已有的植入式生物電信號無線傳輸設備以00K、ASK、FSK等數(shù)字監(jiān)控方式為主。由于生物體內(nèi)的神經(jīng)等生物電行為信號均屬于模擬弱信號，上述數(shù)字監(jiān)控的通信方式需要在體內(nèi)植入設備的前端加上模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)與數(shù)字基帶處理電路，用于將模擬的生物電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并進行數(shù)據(jù)打包、加幀、編碼等操作，由此造成的電路復雜度提高、體積增大、功耗増加等問題，不利于生物體內(nèi)的植入作業(yè)。另外，這類植入式設備常使用植入式內(nèi)置電池進行供電，使植入式設備無法獲得長時間的使用壽命，而且在植入式設備體積、電池的化學污染、生物排異等方面也存在問題。本專利申請主要針對在植入式環(huán)境下對生物體神經(jīng)信號等生物電行為信號的無線傳輸、監(jiān)測與記錄等需求，提供ー種適合于CMOS集成電路エ藝實現(xiàn)的具有無線電源的植入式生物電信號AM發(fā)射方法及系統(tǒng)。該方法無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器與數(shù)字基帶處理電路，大大地簡化了植入生物體內(nèi)設備的復雜度，減小了其功耗。另外，采用無線電源對植入體內(nèi)的設備進行供電，可以使植入式設備獲得長時間的使用壽命，避免電池引起的化學污染。本專利申請可以促進生物醫(yī)學前沿技術(shù)領域自主知識產(chǎn)權(quán)的發(fā)展，為全民健康工程中的個性化醫(yī)療提供新的技術(shù)解決方案，為我國尖端生物醫(yī)療事業(yè)提供新的經(jīng)濟增長點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供ー種適合于CMOSエ藝實現(xiàn)的植入式AM發(fā)射方法及系統(tǒng)，以滿足在生物醫(yī)用植入式環(huán)境下對生物體內(nèi)神經(jīng)信號等生物電行為信號的無線傳輸、監(jiān)測與記錄需求。適合于CMOSエ藝實現(xiàn)的植入式AM發(fā)射方法，包括以下步驟
a、基于電磁感應耦合對空間輻射的無線電能信號進行感應匹配接收與整流，再對整流后的信號進行直流電源電壓的恢復與穩(wěn)壓，輸出足夠功率的直流電源電壓為植入體內(nèi)的電路提供穩(wěn)定的電能； b、對傳感器采集的生物電信號進行噪聲抑制、濾波、增益補償放大的模擬前端處理，并在處理后的生物電信號中加入直流電平；
C、分別在工作于線性區(qū)的集成MOS晶體管的柵極加載b處理后的信號，漏極加載高頻調(diào)制載波，利用所述MOS晶體管的伏安特性，在所述MOS晶體管輸出電流中實現(xiàn)AM調(diào)制操作，并將所述電流信號轉(zhuǎn)化為電壓模式信號輸出，在所述輸出的電壓模式信號中包含所需的AM調(diào)制信號；
d、對c處理后的信號進行選頻濾波處理，抑制其中直流、基波、2倍頻載波分量，分離并輸出其中AM調(diào)制信號，實現(xiàn)在植入式環(huán)境下對生物電信號的AM調(diào)制與發(fā)射。進ー步的，上述的AM發(fā)射方法還包括在c處理前進行高頻調(diào)制載波的產(chǎn)生，并對高頻調(diào)制載波進行緩沖與隔離，提高高頻調(diào)制載波的信號功率與隔離度，實現(xiàn)與后級電路的阻抗匹配，并為后級電路提供穩(wěn)定的靜態(tài)偏置工作電壓。進ー步的,上述的AM發(fā)射方法還包括在d處理后還對AM調(diào)制信號進行功率放大與匹配發(fā)射。本發(fā)明的適合于CMOSエ藝實現(xiàn)的植入式AM發(fā)射系統(tǒng)，包括無線電源接收與恢復単元、低噪聲模擬前端単元、基波緩沖隔離器、調(diào)制載波產(chǎn)生電路、射頻緩沖隔離器、AM調(diào)制器、選頻濾波器和功率放大器，所述無線電源接收與恢復單元的輸出端為所述系統(tǒng)其他各単元及電路提供穩(wěn)定的電源電壓；所采集的生物電信號送入所述低噪聲模擬前端単元的輸入端，所述低噪聲模擬前端単元的輸出端連接至所述基波緩沖隔離器的輸入端，所述基波緩沖隔離器的輸出端連接至所述AM調(diào)制器的信號輸入端ロ，所述調(diào)制載波產(chǎn)生電路的輸出端ロ連接至射頻緩沖隔離器的輸入端，所述射頻緩沖隔離器的輸出端連接至所述AM調(diào)制器的載波輸入端ロ，AM調(diào)制器的調(diào)制深度輸入端ロ用于接入調(diào)制深度的控制電平，AM調(diào)制器的輸出端ロ連接至所述選頻濾波器的輸入端ロ，所述選頻濾波器的輸出端ロ連接至功率放大器的輸入端ロ，所述功率放大器通過天線向空間進行無線發(fā)射。進ー步的，所述AM調(diào)制器包括ー個工作于線性區(qū)的用于完成信號調(diào)制的第一集成MOS晶體管、ー個工作于飽和區(qū)的用于載波信號及射頻信號的緩沖及隔離的第二集成MOS晶體管M2、一個用于將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的負載阻抗Z、一個用于前后級直流偏置隔離及高通濾波的電容Cl及一個用于直流偏置及高通濾波的電阻R1。傳感器采集的生物電信號un經(jīng)過所述低噪聲模擬前端単元、基波緩沖隔離器后得到的信號us連接至所述電容Cl的一端，所述電容Cl的另一端與所述電阻Rl及所述第一集成MOS晶體管Ml的柵極連接；所述電容Cl與所述電阻Rl構(gòu)成高通濾波電路，抑制所述信號us中的低頻噪聲，獲得信號us’加載至所述第一集成MOS晶體管Ml的柵極；所述電阻Rl的另一端為調(diào)制深度端ロ，連接至調(diào)制深度控制直流電平\，所述直流電平\控制所述第一集成MOS晶體管Ml的柵極偏置電壓，使所述第一集成MOS晶體管Ml工作于線性區(qū)；所述調(diào)制載波產(chǎn)生電路與射頻緩沖隔離器輸出的載波信號Uc連接至所述第二集成MOS晶體管M2的柵極，所述第二集成MOS晶體管M2的源端連接并加載至所述MOS晶體管Ml的漏端；利用所述第一集成MOS晶體管Ml的伏安特性，在所述第一集成MOS晶體管Ml的輸出電流中實現(xiàn)所述加載至柵極的輸入信號us’與所述加載至漏極的載波信號Uc的非線性相乘，所述第一集成MOS晶體管Ml的輸出電流信號中包含所需的AM調(diào)制信號及額外疊加的直流分量、基波分量和2倍頻載波分量，隨后通過與所述第二 MOS晶體管M2漏端相連接的負載阻抗Z將所述輸出電流信號轉(zhuǎn)化為電壓模式信號并輸出至與之連接的所述的選頻濾波器，通過所述選頻濾波器濾除直流分量、基波分量及2倍頻載波分量，獲得所需要的AM調(diào)制信號。進ー步的，所述無線電源接收與恢復單元包括無線感應匹配網(wǎng)絡、橋式整流電路、 穩(wěn)壓電路、帶隙基準電壓源，所述無線感應匹配網(wǎng)絡通過體內(nèi)耦合線圈實現(xiàn)對空間中無線電能的感應接收，通過匹配網(wǎng)絡與所述橋式整流電路連接并完成相互之間的阻抗匹配，所述橋式整流電路輸出連接至所述穩(wěn)壓電路，所述穩(wěn)壓電路將橋式整流后的直流電平恢復與穩(wěn)壓為植入體內(nèi)各電路所需的標準直流電源電壓；所述穩(wěn)壓電路的輸出還連接至所述電壓帶隙基準源的輸入，所述電壓帶隙基準源根據(jù)穩(wěn)壓電路輸出的直流電源電壓產(chǎn)生植入體內(nèi)各電路所需的多路靜態(tài)偏置工作電壓。進ー步的，所述低噪聲模擬前端単元包括低噪聲前置放大器、高帶外抑制率帶通濾波器、増益補償放大器，作用是對采集的生物電信號進行噪聲抑制、濾波、增益補償放大處理，達到改善系統(tǒng)鏈路信噪比的目的。所述射頻緩沖隔離器的作用是用于隔離前、后級電路之間的影響，提高信號隔離度，實現(xiàn)前后級電路間的阻抗匹配、對所述調(diào)制載波產(chǎn)生電路輸出信號的功率放大，以及為后級所述新型AM調(diào)制器的載波輸入端ロ提供穩(wěn)定的靜態(tài)偏置工作電壓；所述基波緩沖隔離器的作用是用于隔離前、后級電路之間的影響，提高信號隔離度，實現(xiàn)對所述低噪聲模擬前端單元輸出信號的功率放大。上述系統(tǒng)中，生物電信號被低噪聲模擬前端進行噪聲抑制、濾波、增益補償放大等處理后，通過基波緩沖隔離器送入新型AM調(diào)制器的信號輸入端ロ ；調(diào)制載波產(chǎn)生器產(chǎn)生所需的高頻調(diào)制載波，通過射頻緩沖隔離器送入新型AM調(diào)制器的載波輸入端ロ ；調(diào)制深度控制電平送入調(diào)制深度端ロ ；AM調(diào)制器實現(xiàn)對信號輸入與載波輸入兩端ロ信號的AM調(diào)制；通過選頻濾波器從調(diào)制后信號中選通所需的AM調(diào)制信號并輸出，抑制掉其中的直流分量、基波分量、2倍頻載波分量；最終功率放大器對AM調(diào)制信號進行功率放大，并通過天線輻射到空間，完成生物電信號的AM發(fā)射。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和效果由于本發(fā)明植入式生物電信號發(fā)射方法及系統(tǒng)，采用AM模擬調(diào)制的無線通信方式，不需要高靈敏度的ADC等一系列復雜操作及電路，其新型AM調(diào)制器的核心僅為ー個工作于線性區(qū)的集成MOS晶體管。而且該發(fā)射方法的系統(tǒng)解決方案采用無線供電方式，避免傳統(tǒng)植入式內(nèi)置電池在使用壽命、生物排異性方面的問題，使得其在實現(xiàn)上能以很低的復雜度與較高的可靠性滿足植入式設備在體積、功耗、長期可持續(xù)工作等方面的苛刻要求。尤其是全系統(tǒng)可以完全用集成電路CMOSエ藝實現(xiàn)，很適合集成于SOC芯片，具有良好的推廣價值。


圖I為實例中ー種適合于CMOSエ藝實現(xiàn)的具有無線電源的植入式生物電信號AM發(fā)射方法及系統(tǒng)框圖。圖2為圖I所示的新型AM調(diào)制器核心電路的簡化示意圖。圖3為圖I所示的無線電源接收與恢復單元的結(jié)構(gòu)框圖。 圖4為圖I的一個應用實例圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進ー步說明，本發(fā)明的實施和保護不限于此。參照圖1，本發(fā)明ー種適合于CMOSエ藝實現(xiàn)的具有無線電源的植入式生物電信號AM發(fā)射方法及系統(tǒng)，包括無線電源接收與恢復單元18、低噪聲模擬前端単元11、基波緩沖隔離器12、調(diào)制載波產(chǎn)生電路13、射頻緩沖隔離器14、新型AM調(diào)制器15、選頻濾波器16、功率放大器17。所述無線電源接收與恢復單元18的輸出端連接到所述各單元及電路的電源接ロ，所采集的生物電信號撒送入所述低噪聲模擬前端単元11的輸入端，所述低噪聲模擬前端単元11的輸出端連接至所述基波緩沖隔離器12的輸入端，所述基波緩沖隔離器12的輸出端連接至所述新型AM調(diào)制器15的信號輸入端ロ，所述調(diào)制載波產(chǎn)生電路13的輸出端ロ連接至所述射頻緩沖隔離器14的輸入端，所述射頻緩沖隔離器14輸出端連接至所述新型AM調(diào)制器15的載波輸入端ロ，
所述新型AM調(diào)制器15的調(diào)制深度端ロ輸入調(diào)制深度控制電平^，所述新型AM調(diào)制器15
的輸出端ロ連接至所述選頻濾波器16的輸入端ロ，所述選頻濾波器16的輸出端ロ連接至功率放大器17的輸入端ロ，所述功率放大器17通過天線向空間進行無線發(fā)射。圖I中信號流程為生物電信號_被所述低噪聲模擬前端11進行噪聲抑制、濾波、增益補償放大等處理后，通過所述基波緩沖隔離器12進ー步功率放大后得到信號w ；所述調(diào)制載波產(chǎn)生電路13產(chǎn)生所需的高頻調(diào)制載波，通過所述射頻緩沖隔離器14進ー步
功率放大后得到信號w ;信號w與調(diào)制深度控制電平4分別送入所述新型AM調(diào)制器15的信號輸入端ロ、載波輸入端ロ、調(diào)制深度端ロ，所述新型AM調(diào)制器15實現(xiàn)對信號uc、MS的調(diào)制，并輸出電壓模式信號2*‘w ;信號^^中包含了所需的AM調(diào)制信號及額外疊加的直流分量、基波分量、2倍頻載波分量，通過所述選頻濾波器16從信號中選通所需的AM調(diào)制信號并輸出，抑制掉直流分量、基波分量、2倍頻載波分量；最終所述功率放大器17對AM調(diào)制信號進行功率放大，并通過天線輻射到空間，完成對生物電信號un的AM調(diào)制與發(fā)射。所述低噪聲模擬前端単元11包括低噪聲前置放大器、高帶外抑制率帶通濾波器、増益補償放大器，作用是對生物電信號皿進行噪聲抑制、濾波、增益補償放大等處理，達到改善系統(tǒng)鏈路信噪比的目的。
所述射頻緩沖隔離器14的作用是用于隔離載波產(chǎn)生電路13與新型AM調(diào)制器15之間的影響，提高信號隔離度，實現(xiàn)前后級電路間的阻抗匹配、對所述調(diào)制載波產(chǎn)生電路13輸出信號的功率放大，以及為所述新型AM調(diào)制器15的載波輸入端ロ提供穩(wěn)定的靜態(tài)偏置工作電壓；所述基波緩沖隔離器12的作用是用于隔離低噪聲模擬前端単元11與新型AM調(diào)制器15之間的影響，提高信號隔離度，實現(xiàn)對所述低噪聲模擬前端単元11輸出信號的功率放大。圖I中所述新型AM調(diào)制器15核心電路的簡化示意圖如圖2所示，其實現(xiàn)調(diào)制操作的關(guān)鍵在于ー個工作于線性區(qū)的集成MOS晶體管Ml，Ml的柵極加載來自于所述新型AM
調(diào)制器15的信號輸入端ロ的信號與調(diào)制深度控制電平^ ,Ml的漏極加載來自于所述新
型AM調(diào)制器15的載波輸入端ロ的信號w。調(diào)制深度控制電平^為晶體管Ml的柵極靜態(tài) 偏置工作電壓，該直流電平匕使晶體管Ml工作于線性區(qū)。利用該集成MOS晶體管Ml工作
于線性區(qū)的伏安特性，在Ml的輸出電流4中實現(xiàn)柵極信號與漏極信號的非線性相乗，4
中包含所需的AM調(diào)制信號及額外產(chǎn)生的直流分量、基波分量、2倍頻載波分量，隨后再通過
負載阻抗Z將該電流信號4轉(zhuǎn)化為電壓模式信號am并輸出。集成MOS晶體管M2工作于
飽和區(qū)，高頻調(diào)制載波信號W由晶體管M2的柵極輸入，通過晶體管M2的源隨特性傳遞到晶體管Ml的漏極，這樣可以對高頻調(diào)制載波信號j起到緩沖的作用，同時對調(diào)制后輸出的射頻信號起到隔離的作用。圖I中所述無線電源接收與恢復單元18的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示，包括無線感應匹 配網(wǎng)絡31、橋式整流電路32、穩(wěn)壓電路33、電壓帶隙基準源34。無線感應匹配網(wǎng)絡31的作用是實現(xiàn)對空間中無線電能信號WP的感應接收，并完成與橋式整流電路32之間的阻抗匹配，使橋式整流電路32盡可能多的吸收電能；橋式整流電路32將無線感應匹配網(wǎng)絡31感應接收到的交流電信號整流為幅度變化的直流電信號VC，并輸出至穩(wěn)壓電路33的輸入端；穩(wěn)壓電路33將此幅度變化的直流電信號VC穩(wěn)壓輸出幅度相對穩(wěn)定的標準直流電壓VCC，為植入體內(nèi)各模塊提供工作電源電壓；穩(wěn)壓電路33的另ー輸出端連接至電壓帶隙基準源34的輸入端，通過電壓帶隙基準源34輸出幅度更加穩(wěn)定的多路靜態(tài)偏置工作電壓，為植入體內(nèi)部分對電源電壓穩(wěn)定性要求較高的電路提供靜態(tài)偏置。圖4為圖I的ー個應用實例，圖4中42表示為圖I所述的發(fā)射方法及系統(tǒng)的實施實例。生物體外的無線能量發(fā)射器46向生物體內(nèi)輻射無線電能信號WP，為42提供可持續(xù)的無線電能供給；植入體內(nèi)的生物傳感器41實現(xiàn)對生物體內(nèi)神經(jīng)信號、生物行為信號的采集并完成電學轉(zhuǎn)換，輸出生物電信號■ ;42完成對信號■的AM調(diào)制，并發(fā)射射頻信
_AM ;生物體外的AM接收機43實現(xiàn)對射頻信號_ —AVf的AM接收與解調(diào)，輸出信號tm' ;生物體外電路44完成對信號!的模數(shù)轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)與計算機45的通信；通過計算機45內(nèi)部的數(shù)據(jù)處理操作，最終完成對生物體內(nèi)神經(jīng)信號、生物行為信號的無線實時監(jiān)測與I■己求。本發(fā)明所述新型AM發(fā)射方法及系統(tǒng)的應用實例中，所接收的無線電能信號中心頻率為13. 56MHz，恢復輸出的直流電源電壓為I. 8V;所發(fā)射的射頻信號為AM形式、調(diào)制載頻為433. 92MHz ;所采集的生物電信號最大頻帶寬度為IOOKHz。
本發(fā)明無需模數(shù)轉(zhuǎn)換器與數(shù)字基帶處理電路，大大地簡化了植入生物體內(nèi)設備的復雜度，減小了其功耗。另外，采用無線電源對植入體內(nèi)的設備進行供電，可以使植入式設備獲得長時間的使用壽命，避免電池引起的化學污染。本發(fā)明AM發(fā)射系統(tǒng)可以完全用集成電路CMOSエ藝實現(xiàn)，適合集成于SOC芯片，具有良好的推廣價值。本領域技術(shù)人員應當理解，本發(fā)明所公開的用于生物醫(yī)學植入式環(huán)境下對生物體內(nèi)神經(jīng)信號、生物電行為信號的無線傳輸、無線監(jiān)控與記錄的適合于CMOSエ藝實現(xiàn)的具有無線電源的植入式生物電信號AM發(fā)射方法及系統(tǒng)，可以在不脫離本發(fā)明內(nèi)容的基礎上做出各種改迸。因此本發(fā)明的保護范圍應 當由所附的權(quán)利要求書的內(nèi)容確定。
權(quán)利要求
1.適合于CMOSエ藝實現(xiàn)的植入式AM發(fā)射方法，其特征在于包括以下步驟 a、基于電磁感應耦合對空間輻射的無線電能信號進行感應匹配接收與整流，再對整流后的信號進行直流電源電壓的恢復與穩(wěn)壓，輸出足夠功率的直流電源電壓為植入體內(nèi)的電路提供穩(wěn)定的電能； b、對傳感器采集的生物電信號進行噪聲抑制、濾波、增益補償放大的模擬前端處理，并在處理后的生物電信號中加入直流電平； C、分別在工作于線性區(qū)的集成MOS晶體管的柵極加載b處理后的信號，漏極加載高頻調(diào)制載波，利用所述MOS晶體管的伏安特性，在所述MOS晶體管輸出電流中實現(xiàn)AM調(diào)制操作，并將所述電流信號轉(zhuǎn)化為電壓模式信號輸出，在所述輸出的電壓模式信號中包含所需的AM調(diào)制信號； d、對c處理后的信號進行選頻濾波處理，抑制其中直流、基波、2倍頻載波分量，分離并輸出其中AM調(diào)制信號，實現(xiàn)在植入式環(huán)境下對生物電信號的AM調(diào)制與發(fā)射。
2.如權(quán)利要求I所述的AM發(fā)射方法，其特征在于還包括在c處理前進行高頻調(diào)制載波的產(chǎn)生，并對高頻調(diào)制載波進行緩沖與隔離，提高高頻調(diào)制載波的信號功率與隔離度，實現(xiàn)與后級電路的阻抗匹配，并為后級電路提供穩(wěn)定的靜態(tài)偏置工作電壓。
3.如權(quán)利要求I所述的AM發(fā)射方法，其特征在于在d處理后還對AM調(diào)制信號進行功率放大與匹配發(fā)射。
4.適合于CMOSエ藝實現(xiàn)的植入式AM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于包括無線電源接收與恢復単元、低噪聲模擬前端単元、基波緩沖隔離器、調(diào)制載波產(chǎn)生電路、射頻緩沖隔離器、AM調(diào)制器、選頻濾波器和功率放大器，所述無線電源接收與恢復單元的輸出端為所述系統(tǒng)其他各単元及電路提供穩(wěn)定的電源電壓；所采集的生物電信號送入所述低噪聲模擬前端単元的輸入端，所述低噪聲模擬前端単元的輸出端連接至所述基波緩沖隔離器的輸入端，所述基波緩沖隔離器的輸出端連接至所述AM調(diào)制器的信號輸入端ロ，所述調(diào)制載波產(chǎn)生電路的輸出端ロ連接至射頻緩沖隔離器的輸入端，所述射頻緩沖隔離器的輸出端連接至所述AM調(diào)制器的載波輸入端ロ，AM調(diào)制器的調(diào)制深度輸入端ロ用于接入調(diào)制深度的控制電平，AM調(diào)制器的輸出端ロ連接至所述選頻濾波器的輸入端ロ，所述選頻濾波器的輸出端ロ連接至功率放大器的輸入端ロ，所述功率放大器通過天線向空間進行無線發(fā)射。
5.如權(quán)利要求4所述的植入式AM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于所述AM調(diào)制器包括ー個エ作于線性區(qū)的用于完成信號調(diào)制的第一集成MOS晶體管(Ml)、ー個工作于飽和區(qū)的用于載波信號及射頻信號的緩沖及隔離的第二集成MOS晶體管(M2)、一個用于將電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號的負載阻抗Z、一個用于前后級直流偏置隔離及高通濾波的電容(Cl)及一個用于直流偏置及高通濾波的電阻(R1)，傳感器采集的生物電信號un經(jīng)過所述低噪聲模擬前端単元、基波緩沖隔離器后得到的信號us連接至所述電容(Cl)的一端，所述電容(Cl)的另一端與所述電阻(Rl)及所述第一集成MOS晶體管(Ml)的柵極連接；所述電容(Cl)與所述電阻(Rl)構(gòu)成高通濾波電路，抑制所述信號us中的低頻噪聲，獲得信號us’加載至所述第一集成MOS晶體管(Ml)的柵極；所述電阻(Rl)的另一端為調(diào)制深度端ロ，連接至調(diào)制深度控制直流電平\，所述直流電平\控制所述第一集成MOS晶體管(Ml)的柵極偏置電壓，使所述第一集成MOS晶體管(Ml)工作于線性區(qū)；所述調(diào)制載波產(chǎn)生電路與射頻緩沖隔離器輸出的載波信號Uc連接至所述第二集成MOS晶體管(M2)的柵極，所述第二集成MOS晶體管(M2)的源端連接并加載至所述MOS晶體管Ml的漏端；利用所述第一集成MOS晶體管(Ml)的伏安特性，在所述第一集成MOS晶體管(Ml)的輸出電流中實現(xiàn)所述加載至柵極的輸入信號us’與所述加載至漏極的載波信號Uc的非線性相乘，所述第一集成MOS晶體管(Ml)的輸出電流信號中包含所需的AM調(diào)制信號及額外疊加的直流分量、基波分量和2倍頻載波分量，隨后通過與所述第二 MOS晶體管(M2)漏端相連接的負載阻抗(Z)將所述輸出電流信號轉(zhuǎn)化為電壓模式信號并輸出至與之連接的所述的選頻濾波器，通過所述選頻濾波器濾除直流分量、基波分量及2倍頻載波分量，獲得所需要的AM調(diào)制信號。
6.如權(quán)利要求4所述的植入式AM發(fā)射系統(tǒng)，其特征在于所述無線電源接收與恢復單元包括無線感應匹配網(wǎng)絡、橋式整流電路、穩(wěn)壓電路、帶隙基準電壓源，所述無線感應匹配網(wǎng)絡通過體內(nèi)耦合線圈實現(xiàn)對空間中無線電能的感應接收，通過匹配網(wǎng)絡與所述橋式整流電路連接并完成相互之間的阻抗匹配，所述橋式整流電路輸出連接至所述穩(wěn)壓電路，所述穩(wěn)壓電路將橋式整流后的直流電平恢復與穩(wěn)壓為植入體內(nèi)各電路所需的標準直流電源電壓；所述穩(wěn)壓電路的輸出還連接至所述電壓帶隙基準源的輸入，所述電壓帶隙基準源根據(jù)穩(wěn)壓電路輸出的直流電源電壓產(chǎn)生植入體內(nèi)各電路所需的多路靜態(tài)偏置工作電壓。
7.如權(quán)利要求4所述的植入式AM發(fā)射系統(tǒng)，其特征還在于所述低噪聲模擬前端単元包括低噪聲前置放大器、高帶外抑制率帶通濾波器、増益補償放大器，作用是對采集的生物電信號進行噪聲抑制、濾波、增益補償放大處理。
全文摘要
本發(fā)明提供適合于CMOS工藝實現(xiàn)的植入式AM發(fā)射方法及系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括無線電源接收與恢復單元、低噪聲模擬前端單元、基波緩沖隔離器、調(diào)制載波產(chǎn)生電路、射頻緩沖隔離器、AM調(diào)制器、選頻濾波器和功率放大器，AM調(diào)制器核心為一個工作于線性區(qū)的集成MOS晶體管，本發(fā)明采用的AM發(fā)射系統(tǒng)完全可用集成電路CMOS工藝實現(xiàn)，適合集成于SOC芯片，具有良好的推廣價值。本發(fā)明大大地簡化了植入生物體內(nèi)設備的復雜度，減小了其功耗。另外，采用無線電源對植入體內(nèi)的設備進行供電，可以使植入式設備獲得長時間的使用壽命，避免電池引起的化學污染。
文檔編號A61B5/04GK102832927SQ20121032008
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者趙明劍, 李斌, 吳朝暉, 李顯博 申請人:華南理工大學