一种用于医疗植入物的无线电力和数据传输系统，该系统采用微型化感应链路，并结合了频率分割增强技术

《IEEE Journal of Solid-State Circuits》：A Wireless Power and Data Transfer System for Medical Implants Using a Miniaturized Inductive Link With Frequency-Splitting Enhancement

本文提出一种基于增强频率分割的无线能量与数据传输系统，通过动态负载隔离和时间交错LC共振实现功率效率与数据速率的协同提升，在180nm BCD工艺下达到60.2%功率传输效率、1Mb/s数据速率和43.4mW负载功率。

　　

摘要：

本文提出了一种基于增强频率分割的无线电力和数据传输（EFS-WPDT）系统，该系统能够通过紧凑的感应链路同时传输电力和数据。在数据传输方面，所提出的系统采用了基于频率分割增强（FSE）的频移键控（FSK）技术，该技术通过动态链路负载隔离（LLI）和时间交错< />共振实现。这种方法有效解决了传统上在传输给负载的电力（PDL）、数据速率（DR）和电力传输效率（PTE）之间的权衡问题。动态LLI在每个共振阶段将负载解耦，这对于实现FSE至关重要，并通过准共振升压转换器（QRBC）来实现，该转换器提供升压和稳压的输出电压。对于时间交错操作，采用体调谐峰值检测器（BTPD）来实现可靠的峰值检测，从而在不同链路条件下保持准确的定时。频率-幅度转换器通过放大信号包络差异来提高灵敏度，即使在微型化链路中也能实现稳健的数据解调。所提出的集成电路采用180纳米双极-CMOS-DMOS（BCD）工艺制造，能够在亚厘米级接收器（RX）线圈的情况下实现60.2%的总PTE、43.4毫瓦的PDL和1兆比特/秒的DR。因此，数据传输的优值（FoM）提升到了与使用厘米级链路的先前工作相当的水平，而电力传输的优值相比采用单一感应链路的现有技术提高了2.5倍。

引言

无线医疗植入物越来越需要支持更高级的功能和更好的治疗效果，同时不增加设备尺寸或影响安全性。实际上，进一步的小型化通常是减少植入程序的侵入性和复杂性的关键。然而，无线电力和数据传输（WPDT）系统中的权衡限制了性能和小型化，其中接收器（RX）线圈的体积是一个主要瓶颈。