适合于CMOS工艺实现的植入式AM发射系统技术方案

本实用新型专利技术提供适合于CMOS工艺实现的植入式AM发射系统。所述系统包括无线电源接收与恢复单元、低噪声模拟前端单元、基波缓冲隔离器、调制载波产生电路、射频缓冲隔离器、AM调制器、选频滤波器和功率放大器，AM调制器核心为一个工作于线性区的集成MOS晶体管，本实用新型专利技术采用的AM发射系统完全可用集成电路CMOS工艺实现，适合集成于SOC芯片，具有良好的推广价值。本实用新型专利技术大大地简化了植入生物体内设备的复杂度，减小了其功耗。另外，采用无线电源对植入体内的设备进行供电，可以使植入式设备获得长时间的使用寿命，避免电池引起的化学污染。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

适合于CMOS工艺实现的植入式AM发射系统
本技术涉及生物医学植入式环境下对生物体内神经信号等生物电行为信号的无线传输、监控与记录，涉及无线通信、通信集成电路、射频电子电路、无线能量传感及生物医用微电子学等交叉领域，具体涉及一种适合于CMOS工艺实现的具有无线电源的植入式生物电信号AM发射方法及系统。
技术介绍
对目前，随着电子信息技术、无线通信技术、半导体集成电路技术、生物医疗技术的迅猛发展，电子、生物、医疗等诸多领域相互融合、彼此促进，使生物医疗为目的的生物医学微电子技术逐步成为一个新兴的研究领域。对于生物体神经网络体系研究、生物体工程学研究、脊椎修复恢复肢体运动、视觉修复、人工耳蜗等前沿
的研究，需要依靠对大量神经信号等生物电行为信号进行长期的实时监测与记录来完成。目前，传统的生物医学研究一般采用有线连接的方式将微电极阵列所采集的生物体内电行为信号传输到生物体外的监测与记录设备中，再进行后续的信号处理及研究。这种有线传输方式不仅导致生物体的检测创口因长期保持开放而易受细菌感染，同时也无法监测与记录到生物体在无束缚、无麻醉的日常条件下的多种生物电信号，而且微弱的生物电信号在由体内向体外进行中短距离有线传输的过程中极易受到外加自由空间的已有电磁辐射的干扰，影响监测与记录的精度。因此，传统的生物医学技术手段已显得越发力不从心，迫切需要一种先进的生物医用植入式微电子无线通信技术在生物体内对神经信号等生物电行为信号进行降噪放大后，实现日常无束缚、无麻醉条件下的无线监测与记录。目前，业界在植入式环境下对生物电信号的无线传输方面处于起步研究阶段，已有的植入式生物电信号无线传输设备以00K、ASK、FSK等数字监控方式为主。由于生物体内的神经等生物电行为信号均属于模拟弱信号，上述数字监控的通信方式需要在体内植入设备的前端加上模数转换器(ADC)与数字基带处理电路，用于将模拟的生物电信号转换为数字信号，并进行数据打包、加帧、编码等操作，由此造成的电路复杂度提高、体积增大、功耗增加等问题，不利于生物体内的植入作业。另外，这类植入式设备常使用植入式内置电池进行供电，使植入式设备无法获得长时间的使用寿命，而且在植入式设备体积、电池的化学污染、生物排异等方面也存在问题。本专利申请主要针对在植入式环境下对生物体神经信号等生物电行为信号的无线传输、监测与记录等需求，提供一种适合于CMOS集成电路工艺实现的具有无线电源的植入式生物电信号AM发射方法及系统。该方法无需模数转换器与数字基带处理电路，大大地简化了植入生物体内设备的复杂度，减小了其功耗。另外，采用无线电源对植入体内的设备进行供电，可以使植入式设备获得长时间的使用寿命，避免电池引起的化学污染。本专利申请可以促进生物医学前沿
自主知识产权的发展，为全民健康工程中的个性化医疗提供新的技术解决方案，为我国尖端生物医疗事业提供新的经济增长点。
技术实现思路
本技术的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种适合于CMOS工艺实现的植入式AM发射方法及系统，以满足在生物医用植入式环境下对生物体内神经信号等生物电行为信号的无线传输、监测与记录需求。适合于CMOS工艺实现的植入式AM发射方法，包括以下步骤a、基于电磁感应耦合对空间辐射的无线电能信号进行感应匹配接收与整流，再对整流后的信号进行直流电源电压的恢复与稳压，输出足够功率的直流电源电压为植入体内的电路提供稳定的电能；b、对传感器采集的生物电信号进行噪声抑制、滤波、增益补偿放大的模拟前端处理，并在处理后的生物电信号中加入直流电平；C、分别在工作于线性区的集成MOS晶体管的栅极加载b处理后的信号，漏极加载高频调制载波，利用所述MOS晶体管的伏安特性，在所述MOS晶体管输出电流中实现AM调制操作，并将所述电流信号转化为电压模式信号输出，在所述输出的电压模式信号中包含所需的AM调制/d、对c处理后的信号进行选频滤波处理，抑制其中直流、基波、2倍频载波分量，分离并输出其中AM调制信号，实现在植入式环境下对生物电信号的AM调制与发射。进一步的，上述的AM发射方法还包括在c处理前进行高频调制载波的产生，并对高频调制载波进行缓冲与隔离，提高高频调制载波的信号功率与隔离度，实现与后级电路的阻抗匹配，并为后级电路提供稳定的静态偏置工作电压。进一步的,上述的AM发射方法还包括在d处理后还对AM调制信号进行功率放大与匹配发射。本技术的适合于CMOS工艺实现的植入式AM发射系统，包括无线电源接收与恢复单元、低噪声模拟前端单元、基波缓冲隔离器、调制载波产生电路、射频缓冲隔离器、AM 调制器、选频滤波器和功率放大器，所述无线电源接收与恢复单元的输出端为所述系统其他各单元及电路提供稳定的电源电压；所采集的生物电信号送入所述低噪声模拟前端单元的输入端，所述低噪声模拟前端单元的输出端连接至所述基波缓冲隔离器的输入端，所述基波缓冲隔离器的输出端连接至所述AM调制器的信号输入端口，所述调制载波产生电路的输出端口连接至射频缓冲隔离器的输入端，所述射频缓冲隔离器的输出端连接至所述AM 调制器的载波输入端口，AM调制器的调制深度输入端口用于接入调制深度的控制电平，AM 调制器的输出端口连接至所述选频滤波器的输入端口，所述选频滤波器的输出端口连接至功率放大器的输入端口，所述功率放大器通过天线向空间进行无线发射。进一步的，所述AM调制器包括一个工作于线性区的用于完成信号调制的第一集成MOS晶体管、一个工作于饱和区的用于载波信号及射频信号的缓冲及隔离的第二集成 MOS晶体管M2、一个用于将电流信号转换为电压信号的负载阻抗Z、一个用于前后级直流偏置隔离及高通滤波的电容Cl及一个用于直流偏置及高通滤波的电阻R1。传感器采集的生物电信号un经过所述低噪声模拟前端单元、基波缓冲隔离器后得到的信号us连接至所述电容Cl的一端，所述电容Cl的另一端与所述电阻Rl及所述第一集成MOS晶体管Ml的栅极连接；所述电容Cl与所述电阻Rl构成高通滤波电路，抑制所述信号us中的低频噪声，获得信号us’加载至所述第一集成MOS晶体管Ml的栅极；所述电阻Rl的另一端为调制深度端口，连接至调制深度控制直流电平\，所述直流电平Ve控制所述第一集成MOS晶体管Ml 的栅极偏置电压，使所述第一集成MOS晶体管Ml工作于线性区；所述调制载波产生电路与射频缓冲隔离器输出的载波信号Uc连接至所述第二集成MOS晶体管M2的栅极，所述第二集成MOS晶体管M2的源端连接并加载至所述第一集成MOS晶体管(Ml)的漏端；利用所述第一集成MOS晶体管Ml的伏安特性，在所述第一集成MOS晶体管Ml的输出电流中实现所述加载至栅极的输入信号us’与所述加载至漏极的载波信号UC的非线性相乘，所述第一集成MOS晶体管Ml的输出电流信号中包含所需的AM调制信号及额外叠加的直流分量、基波分量和2倍频载波分量，随后通过与所述第二 MOS晶体管M2漏端相连接的负载阻抗Z将所述输出电流信号转化为电压模式信号并输出至与之连接的所述的选频滤波器，通过所述选频滤波器滤除直流分量、基波分量及2倍频载波分量，获得所需要的AM调制信号。进一步的，所述无线电源接收与恢复单元包括无线感应匹配网络、桥式整流电路、 稳压电路、带本文档来自技高网...

【技术保护点】
适合于CMOS工艺实现的植入式AM发射系统，其特征在于包括无线电源接收与恢复单元、低噪声模拟前端单元、基波缓冲隔离器、调制载波产生电路、射频缓冲隔离器、AM调制器、选频滤波器和功率放大器，所述无线电源接收与恢复单元的输出端为所述系统其他各单元及电路提供稳定的电源电压；所采集的生物电信号送入所述低噪声模拟前端单元的输入端，所述低噪声模拟前端单元的输出端连接至所述基波缓冲隔离器的输入端，所述基波缓冲隔离器的输出端连接至所述AM调制器的信号输入端口，所述调制载波产生电路的输出端口连接至射频缓冲隔离器的输入端，所述射频缓冲隔离器的输出端连接至所述AM调制器的载波输入端口，?AM调制器的调制深度输入端口用于接入调制深度的控制电平，AM调制器的输出端口连接至所述选频滤波器的输入端口，所述选频滤波器的输出端口连接至功率放大器的输入端口，所述功率放大器通过天线向空间进行无线发射。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵明剑，李斌，吴朝晖，李显博，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：