一种复用锁相环的近场无线同步双向数据传输电路制造技术

一种复用锁相环的近场无线同步双向数据传输电路，包括：下行数据链路和上行数据链路。下行数据链路包括体外的下行数据调制电路，对数据进行相移键控调制；包括体内的迟滞比较器，用于将次线圈的波形转换为数字信号；包括体内的复用锁相环和辅助锁定电路，用于恢复下行数据和时钟；包括体内的启动电路以生成时序的启动信号。上行数据链路包括上行数据调制电路，利用复用锁相环和恢复出的时钟，对数据进行脉冲负载调制；包括体外的上行数据解调电路。所述的上行/下行数据链路共用片外电容/电感，用于体内/外双向传递波形。本发明专利技术通过时分复用锁相环，连接上行和下行链路，实现同步的近场双向数据传输，有利于提高芯片集成度，提高数据传输速率。高数据传输速率。高数据传输速率。

【技术实现步骤摘要】
一种复用锁相环的近场无线同步双向数据传输电路


[0001]本专利技术涉及模拟与混合信号集成电路领域，具体涉及一种复用锁相环的近场无线同步双向数据传输电路。

技术介绍

[0002]近年来，可植入医疗设备和芯片产业飞速发展。绝大部分的可植入式医疗设备都需要与外界进行数据通信，而在传统的有线数据传输中导线与皮肤接触，可能造成伤口感染。为了保证患者安全，无线数据传输(Wireless Data Transfer，WDT)技术被广泛研究和应用。在应对帕金森、脑卒中等疾病时，需要在感知体内信号的同时，向体内输入功能性电刺激(Functional Electrical Stimulation,FES)，从而实时地对身体状况进行诊断和应对。这往往需要利用同步双向无线传输技术，利用上行链路将采集到的生物信号从体内可植入设备传输到体外终端，同时利用下行链路对体内器官产生电刺激。
[0003]传统的下行数据链路采用二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)调制技术,受限于锁相环锁定时间的限制，数据传输速率往往难以提高。传统的上行数据链路采用负载键控调制(Load Shift Keying,LSK)，通过调节体内负载阻抗，对上行数据进行调制并传输，在能量传输的应用场景中会消耗近一半的功率，导致能量恢复效率低。而改进的脉冲负载键控调制方式虽然提高了能量恢复效率，但由于缺乏时钟信号，难以控制调制的时刻和调制信号的脉冲宽度，导致数据传输速率低，且无法实现与下行链路同步传输。

技术实现思路

>[0004]本专利技术克服上述现有技术的不足，利用时分复用的锁相环技术，结合辅助锁定电路，提出一种复用锁相环的近场无线同步双向数据传输电路，解决了近场双向数据传输无法同步的问题，有利于提高片上系统(System on Chip,SoC)集成度，提高上行和下行数据传输速率，降低链路的整体功耗。
[0005]本专利技术的技术解决方案如下：
[0006]一种复用锁相环的近场无线双向同步数据传输电路，包括上行数据链路和下行数据链路，所述的上行数据链路包括体内的上行数据调制电路、以及体外的上行数据解调电路，所述的下行数据链路包括体内的迟滞比较器、复用锁相环电路和启动电路、以及体外的下行数据调制电路，所述的上行数据链路和下行数据链路共用片外电容/电感，所述的片外电容/电感，包括由体外的主线圈和体内的次线圈构成的耦合线圈，体外的扼流线圈、电容C
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和电容C
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以及体内的电容C
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，用于传递调制后的上行/下行数据波形；其特点在于，
[0007]所述的上行数据调制电路，用于产生上行数据传输的启动信号，产生上行数据的调制时钟Up_CLK和上行同步信号Sys2，并对上行数据进行调制，使上行数据在上行同步信号Sys2为高电平时传输；
[0008]所述的迟滞比较器，用于接收次线圈上的波形，并将线圈上的电压信号转换为下行二进制数字已调信号，输入至复用锁相环电路；
[0009]所述的复用锁相环电路，用于接收下行二进制数字已调信号，并结合数字电路恢复出恒定周期、频率为fc的载波信号Carrier，所述的载波信号与所述的下行二进制数字已调信号相“同或”得到恢复的下行数据Dn_Rx，所述的载波信号同时作为时钟信号输入所述的上行数据调制电路以对上行数据进行调制；
[0010]所述的启动电路，用于先后产生三个时序信号，即输入并使能所述的迟滞比较器的数据传输使能信号En_Data、输入并使能所述的复用锁相环中的压控振荡器的压控振荡器使能信号En_Vco、输入并使能所述的复用锁相环中的辅助锁定电路的复位模块使能信号En_Rs；
[0011]所述的下行数据调制电路，用于在体外对下行数据进行调制，将频率为fc的载波信号分频后得到下行调制时钟Dn_CLK和下行同步信号Sys1，使下行数据在下行同步信号Sys1为低电平时传输，同时下行调制时钟Dn_CLK输入上行数据解调电路，以对上行数据进行解调；
[0012]所述的上行数据解调电路，用于在体外解调上行数据，得到恢复的上行数据Up_Rx。
[0013]所述的迟滞比较器用于将接收线圈Rx上的电压信号转换为数字信号。输入对管由2个PMOS构成，将输入电压转化为电流信号，为二极管连接的NMOS充电，所述的二极管连接的NMOS的漏极与输入PMOS的漏极交叉相连，连接处的充/放电电压分别对反相器连接的NMOS/PMOS对进行控制，输出电平即为比较结果。上述输出电平再通过一个反向缓冲器后，与所述复用锁相环电路的输入相连。
[0014]所述的复用锁相环电路包括鉴频鉴相—电荷泵电路，三阶环路滤波器，压控振荡器和复用电路模块。所述的鉴频鉴相—电荷泵电路比较所述的迟滞比较器的输出数字信号和锁相环反馈的数字信号，在所述两信号的上升沿触发，将它们的相位差转化为电压信号，进而通过电流泵电路转化为电流信号，对后续电路进行控制。同时在所述的复用电路模块产生的“Reset”为高电平时，即下行数据翻转或上行数据进行调制时，所述的鉴频鉴相——电荷泵电路失效，以保持所恢复出的系统载波时钟。
[0015]所述的三阶环路滤波器由环路电容C1、C2、C3与环路电阻R1、R2构成，以达到补偿环路相位裕度，提高锁相环输出信号的频谱纯度，保证环路正常工作的目的，输出为“vco_in”。
[0016]所述的压控振荡器由三个反相器连接的NMOS/PMOS对首尾相连，构成振荡环路，当启动信号置高电平时，电路开始产生振荡信号。振荡信号的频率由电流镜电路所提供的电流决定，而电流镜的镜像电流为所述的“vco_in”所控制MOS管和电阻所在的支路决定。当“vco_in”信号变化时，压控振荡器的输出信号频率会随之变化，从而使锁相环的输出反馈信号跟踪锁相环的输入信号。
[0017]所述的复用电路模块包括逻辑门电路和辅助锁定电路。所述的压控振荡器的输出作为时钟信号，与D触发器以及辅助锁定电路的控制时钟相连。压控振荡器的输出经过二分频电路，得到载波信号“Carrier”，此信号与所述的BPSK调制电路中频率为fc的时钟保持同步，作为上行数据传输的同步时钟。“Carrier”与锁相环输入信号作为输入通过同或门，输出信号通过锁存器，即得到恢复出的下行二进制数据“Dn_Rx”。进一步地，通过数字门电路和辅助锁定电路，输出“Rs”信号，当下行二进制数据翻转时，“Rs”会产生一定时长的高电平
脉冲。所述的“Rs”信号与下述的上行数据调制电路产生的“Dmod”作为输入通过或门，输出“Reset”信号与所述的鉴频鉴相——电荷泵电路(131)的使能信号相连，在“Reset”信号为高电平时(即“Rs”或“Dmod”为高电平时)锁相环失效，以保持“Carrier”的相位不变。进一步地，为了区分所述的锁相环的功能，将“Dn_Rx”与低电平信号通过选择器，所述的选择器由下述的上行数据调制电路(31)产生的“Sys2”信号控制，当“Sys2”为低电平时，锁相环进行下行数据解调，锁相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复用锁相环的近场无线双向同步数据传输电路，包括上行数据链路和下行数据链路，所述的上行数据链路包括体内的上行数据调制电路、以及体外的上行数据解调电路，所述的下行数据链路包括体内的迟滞比较器、复用锁相环电路和启动电路、以及体外的下行数据调制电路，所述的上行数据链路和下行数据链路共用片外电容/电感，所述的片外电容/电感，包括由体外的主线圈和体内的次线圈构成的耦合线圈，体外的扼流线圈、电容C
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和电容C
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以及体内的电容C
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，用于传递调制后的上行/下行数据波形；其特征在于，所述的上行数据调制电路，用于产生上行数据传输的启动信号，产生上行数据的调制时钟Up_CLK和上行同步信号Sys2，并对上行数据进行调制，使上行数据在上行同步信号Sys2为高电平时传输；所述的迟滞比较器，用于接收次线圈上的波形，并将线圈上的电压信号转换为下行二进制数字已调信号，输入至复用锁相环电路；所述的复用锁相环电路，用于接收下行二进制数字已调信号，并结合数字电路恢复出恒定周期、频率为fc的载波信号Carrier，所述的载波信号与所述的下行二进制数字已调信号相“同或”得到恢复的下行数据Dn_Rx，所述的载波信号同时作为时钟信号输入所述的上行数据调制电路以对上行数据进行调制；所述的启动电路，用于先后产生三个时序信号，即输入并使能所述的迟滞比较器的数据传输使能信号En_Data、输入并使能所述的复用锁相环中的压控振荡器的压控振荡器使能信号En_Vco、输入并使能所述的复用锁相环中的辅助锁定电路的复位模块使能信号En_Rs；所述的下行数据调制电路，用于在体外对下行数据进行调制，将频率为fc的载波信号分频后得到下行调制时钟Dn_CLK和下行同步信号Sys1，使下行数据在下行同步信号Sys1为低电平时传输，同时下行调制时钟Dn_CLK输入上行数据解调电路，以对上行数据进行解调；所述的上行数据解调电路，用于在体外解调上行数据，得到恢复的上行数据Up_Rx。2.根据权利要求1所述的复用锁相环的近场无线双向同步数据传输电路，其特征在于，所述的复用锁相环电路包括鉴频鉴相—电荷泵电路、三阶环路滤波器、压控振荡器和复用电路模块；所述的鉴频鉴相—电荷泵电路，用于比较所述迟滞比较器输出的输入信号PLL_in与锁相环输出的反馈信号PLL_out，并将二者的脉冲宽度差转化为电流信号cp_out，对后续电路进行控制；同时在所述的复用电路模块产生的“Reset”为高电平时，即下行数据翻转或上行数据进行调制时，所述的鉴频鉴相—电荷泵电路失效，以保持所恢复出的系统载波时钟。3.根据权利要求2所述的复用锁相环的近场无线双向同步数据传输电路，其特征在于，所述的三阶环路滤波器，用于滤波和相位补偿，并输出信号vco_in控制所述的压控振荡器的频率，并使反馈信号PLL_out与输入信号PLL_in保持同步。4.根据权利要求2所述的复用锁相环的近场无线双向同步数据传输电路，其特征在于，所述的压控振荡器由三个反相器连接的NMOS/PMOS对首尾相连，构成振荡环路，当启动信号置高电平时，产生振荡信号，该振荡信号的频率由...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏浩，潘罗明浩，陈铭易，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：