本发明专利技术涉及无线内窥镜系统的体内胶囊数模混合集成电路技术领域，其特征在于，依次含有：图像传感器，用电池供电的、包括数字基带电路和模拟射频电路的数模混合集成电路；其中，该数模混合集成电路为含有胶囊内系统控制单元、图像传感器接口、图像编解码及压缩单元、无线基带处理单元以及驱动单元，分别由所述控制单元内的低频控制子单元、控制子单元以及图像传感器接口、图像压缩单元、存储器以及无线基带处理单元中的无线收发电路组成三级管理结构，来控制胶囊内各部分电路的休眠状态和工作状态之间的转换，从而降低了动态功耗，避免了各电路单元的同时动作，使胶囊的连续工作时间超过１４小时。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于无线内窥镜系统的体内胶囊数模混合集成电路设计
技术介绍
常规内窥镜系统由于导管的存在造成两大缺陷①给患者带来痛苦；②检查部位受限。无线内窥镜将照明、图像采集和传输集中在一个胶囊内，在患者吞服胶囊后由图像传感器开始采集图像，并经过专用集成电路数字部分的处理(包括图像压缩和无线通信基带处理等)由模拟射频模块以无线方式传到体外，供医生诊断。双向数字式无线内窥镜系统由体内胶囊和体外收发控制平台两大部分组成，采用无线方式在两者之间通信。体外收发控制平台通过向体内胶囊发送控制命令，来控制体内芯片工作状态，并对图像大小、曝光时间、采集视角、图像压缩质量等参数进行调节。体内胶囊芯片在接受到体外收发控制平台命令后完成图像的采集、数据的压缩和通信基带处理和发送以及错误包的重传等功能。为了便于患者吞服，要求体内胶囊尺寸足够小；为了实现对全消化道的检查，要求胶囊内电路功耗很低，在电池供电的情况下能保证连续工作12小时以上。
技术实现思路
根据无线内窥镜胶囊系统对体内胶囊专用集成电路小尺寸、低功耗的要求，本专利技术提出了一种低复杂度的系统结构，提出了一种用于双向数字式无线内窥镜系统胶囊内的小尺寸、低功耗数模混合集成电路设计和验证方法，并基于UMC0.18um集成电路工艺，设计实现了体内专用集成电路。本专利技术提出的双向数字无线内窥镜胶囊用的集成电路系统，其特征在于该系统含有图像传感器、无线收发器以及用电池供电的包括数字基带电路和模拟射频电路在内的数模混合集成电路，其中图像传感器采用CMOS器件组成；数字基带电路含有胶囊内的系统控制单元、图像传感器接口、图像编码及压缩单元、无线基带处理单元以及驱动单元，其中胶囊内的系统控制单元含有低时钟控制控制子单元、控制子单元和工作单元，其中低时钟控制子单元执行对高时钟频率的时钟晶体的起振与停振操作，以控制该系统控制单元内工作单元中各电路的休眠模式和工作模式之间的转换，该低时钟控制子单元包含低时钟控制器，分别输出32KHz的低频时钟和40MHz的高频时钟，接收所述控制子单元发出的起振或停振命令request，并发出相应的控制信号wake_up；可控晶体振荡环，含有寄存器(A)，设有所述32KHz工作时钟信号输入端、所述控制子单元发出的休眠请求信号的输出端以及复位信号的输入端；寄存器(B)，该寄存器(B)的D输入端与所述寄存器(A)的Q输出端相连，同时也设有所述32KHz工作时钟信号的输入端和所述复位信号的输入端；40MHz晶体振荡器；第(1)与非门，一个输入端与所述寄存器(B)的Q输出端相连，另一个输出端与所述低时钟控制器的wake_up信号输出端相连，当所述控制子单元输出的request信号以及低时钟控制的wake_up信号皆为高电平时，所述第(1)与非门的输出为低电平，所述40MHz晶体振荡器停振；第(2)与非门，一个输入端与所述40MHz晶体振荡器相连，另一个输入端与所述第(1)与非门的输出端相连，同时输出端则与40MHz晶体振荡器的另一端相连；延迟电路，一个输入端与所述第(1)与非门的输出端相连，另一个输入端接所述32KHz信号的输出端，使系统由休眠进入工作模式时，该延时电路输出40MHz时钟与所述40MHz晶体振荡器起振有一个稳定的延时；锁存器，一个输入端与所述延时电路的延时后的40MHz频率信号输出端相连，另一个输入端与所述第(2)与非门的输出端相连，输出一个稳定的40MHz频率信号；第(1)与门，一个输入端与所述锁存器的输出端相连，另一个输入端与所述第(2)与非门的输出端相连，以便向所述控制子单元的输出稳定的40MHz的频率信号；工作单元，含有图像传感器接口，工作时钟为400KHz；图像压缩单元，工作时钟为40MHz；存储器；该工作单元与所述无线基带处理单元以及收发电路组成第三级时钟管理电路； 控制子单元，其400KHz的时钟信号输出端与所述图像传感器接口的相应输入端相连；40MHz时钟信号输出端与所述图像压缩单元的相应输入端相连；2MHz时钟信号输出端和640KHz时钟信号输出端依次分别与所述无线基带处理单元中的发送电路以及接收电路相连；另有两个40MHz和2MHz时钟信号输出端经过一个选择器与所述工作单元存储器的相应输入端相连；所述控制子单元是第二级时钟管理电路，其工作状态依次按以下顺序进行h)系统初始化状态初始化寄存器(A)及寄存器(B)的值，并通知低时钟控制器进入系统休眠状态；i)休眠状态该控制子单元发出休眠请求信号request，使所述40MHz晶体振荡器停振，第(2)与非门输出低电位，使所述工作单元内的各电路停止工作，进入休眠状态；j)接收命令状态所述无线收发器接收来自外部的进入工作状态的命令，通过所述无线基带处理单元送入所述控制子单元；k)设置图像传感器和无线收发器的状态所述控制子单元完成对所述图像传感器和无线收发器内部寄存器的设置，再回到接收命令状态；在这个状态(d)中，只有图像传感器接口的400KHz与无线收发器内无线接收端的640KHz时钟在工作，其余各时钟被关闭；l)图像采集状态所述控制子单元通过图像传感器接口令所述CMOS图像传感器采集图像，采集时根据外部的工作命令进行，在采集结束后，把图像数据从所述CMOS图像传感器输出并送入依次相串接的数据总线编码器、数据总线解码器进行编解码后进入所述存储器；m)图像压缩状态所述控制子单元把存储器中存储的图像数据送往图像压缩单元压缩后，再把压缩后的数据送回所述存储器；n)图像传输状态从该存储器中把压缩后的图像数据读出，并分为若干数据包，以2Mbps的基带码率发送到所述无线基带处理单元后，通过所述无线收发器发到体外；在正确发送完一帧图像后，该控制子单元自动进入接收命令状态；无线基带处理单元，含有发送电路，依次有并-串转换电路、信道编码电路和无线发送基带控制电路串接组成；接收电路，依次由无线接收基带控制电路、串-并转换电路、信道解码电路串接组成；所述并-串转换电路的输入端与所述存储器的输出端相连，而控制指令输入端与所述控制子单元的相应输出端相连；所述信道解码电路的数据输出端与所述控制子单元的相应输入端相连；驱动单元，是一个微电流刺激器，其驱动控制信号输入端与所述控制子单元的相应输出端相连，该微电流刺激器的输出信号是用于刺激消化道壁的微电流信号；无线收发器，包括天线、无线接收器和无线发送器，所述无线发送器的输入端和所述无线发送基带控制电路的输出端相连，而无线接收器的输出端与所述无线接收基带控制电路的相应输入端相连。本专利技术中，SRAM的面积大约占整个芯片面积的70％。在芯片的测试中采用PGA封装。为了测试芯片的各项指标与功能，设计了专用PCB测试板。而且为了能在模拟RF前端芯片设计成功之前能对设计的数字芯片进行测试，所设计的数字芯片中的基带部分包含了两个接口一个与Xe1201的接口以及与本专利技术中射频团队研制的射频芯片的接口。测试结果表明整个芯片的各项指标功能均已完成，图18是设计的数字芯片在图像采集、图像压缩与传输阶段时的功耗测量图，其中采样电阻为10欧姆。表1是测试后芯片的主要性能指标，它表明设计芯片的各项功能指标均已达到设计目标。在射频功耗假设为9mW(射频芯片指标)的情况下胶囊内所有电路的平均本文档来自技高网...
【技术保护点】
双向数字无线内窥镜胶囊用的集成电路系统，其特征在于：该系统含有：图像传感器、无线收发器以及用电池供电的包括数字基带电路和模拟射频电路在内的数模混合集成电路，其中： 图像传感器采用ＣＭＯＳ器件组成； 数字基带电路含有：胶囊内的系统控制单元、图像传感器接口、图像编码及压缩单元、无线基带处理单元以及驱动单元，其中： 胶囊内的系统控制单元含有低时钟控制控制子单元、控制子单元和工作单元，其中： 低时钟控制子单元执行对高时钟频率的时钟晶体的起振与停振操作，以控制该系统控制单元内工作单元中各电路的休眠模式和工作模式之间的转换，该低时钟控制子单元包含： 低时钟控制器，分别输出３２ＫＨｚ的低频时钟和４０ＭＨｚ的高频时钟，接收所述控制子单元发出的起振或停振命令ｒｅｑｕｅｓｔ，并发出相应的控制信号ｗａｋｅ＿ｕｐ； 可控晶体振荡环，含有： 寄存器（Ａ），设有：所述３２ＫＨｚ工作时钟信号输入端、所述控制子单元发出的休眠请求信号的输出端以及复位信号的输入端； 寄存器（Ｂ），该寄存器（Ｂ）的Ｄ输入端与所述寄存器（Ａ）的Ｑ输出端相连，同时也设有所述３２ＫＨｚ工作时钟信号的输入端和所述复位信号的输入端； ４０ＭＨｚ晶体振荡器； 第（１）与非门，一个输入端与所述寄存器（Ｂ）的Ｑ输出端相连，另一个输出端与所述低时钟控制器的ｗａｋｅ＿ｕｐ信号输出端相连，当所述控制子单元输出的ｒｅｑｕｅｓｔ信号以及低时钟控制的ｗａｋｅ＿ｕｐ信号皆为高电平时，所述第（１）与非门的输出为低电平，所述４０ＭＨｚ晶体振荡器停振； 第（２）与非门，一个输入端与所述４０ＭＨｚ晶体振荡器相连，另一个输入端与所述第（１）与非门的输出端相连，同时输出端则与４０ＭＨｚ晶体振荡器的另一端相连； 延迟电路，一个输入端与所述第（１）与非门的输出端相连，另一个输入端接所述３２ＫＨｚ信号的输出端，使系统由休眠进入工作模式时，该延时电路输出４０ＭＨｚ时钟与所述４０ＭＨｚ晶体振荡器起振有一个稳定的延时； 锁存器，一个输入端与所述延时电路的延时后的４０ＭＨｚ频率信号输出端相连，另一个输入端与所述第（２）与非门的输出端相连，输出一个稳定的４０ＭＨｚ频率信号； 第（１）与门，一个输入端与所述锁存器的输出端相连，另一个输入端与所述第（２）与非门的输出端相连，以便向所述控制子单元的输出稳定的４０ＭＨｚ的频率信号； 工作单元...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：谢翔，李国林，喻学艺，王志华，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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