本發(fā)明涉及用于使用人類或動物身體(body)作為傳輸媒介(medium)來執(zhí)行數(shù)據(jù)通信的通信設(shè)備，通信設(shè)備包括收發(fā)器單元，收發(fā)器單元包括發(fā)射器與接收器之中的至少一個，以及其中通信設(shè)備包括靜電換能器(electrostatictransducer)，用于經(jīng)由身體的表面與接觸身體或靠近身體的一個或多個用戶設(shè)備啟用(enable)數(shù)據(jù)通信。本發(fā)明進一步涉及通信設(shè)備的系統(tǒng)，其被安排用于使用人類或動物身體作為傳輸媒介經(jīng)由數(shù)據(jù)通信在所述通信設(shè)備之間的互相通信(intercommunication)。

背景技術(shù)：

隨著可植入設(shè)備與可穿戴設(shè)備的日益增加的數(shù)量和功能，對于在身體中和在身體周圍的可靠的高吞吐量和安全通信的需要增加。具有能夠為這個需要服務(wù)的若干技術(shù)選項，并且其適合性利用用于相應(yīng)類型的信號的通信信道（人類身體）的屬性、實現(xiàn)方式的所需尺寸和可達到的功率-性能比來判斷。進一步，對于每一種類型的信號，對于信號幅度和占空比(dutycycle)而言具有安全限制來針對短期與長期使用而防止對身體的損害。

對于醫(yī)學(xué)應(yīng)用，使用人類身體作為傳輸媒介在穿戴在人類身體上或靠近人類身體的設(shè)備之間通信的數(shù)據(jù)通信方法存在。這例如啟用從患者的身體上的特定部位中獲得的本地傳感器數(shù)據(jù)至收集這些信號的中央接收器設(shè)備的傳輸。當然，這樣的通信方法的許多其他應(yīng)用是可能的。一般而言，這樣的使用身體作為傳輸媒介的通信網(wǎng)絡(luò)可以被稱為體域網(wǎng)(bodyareanetwork)(ban)。最近，這樣的方法已演變成允許高達100mhz的非常頻率(hf)上的數(shù)據(jù)通信的稱為體耦合通信(bodycoupledcommunication)(bcc)的新類型的通信。

在bcc類型數(shù)據(jù)通信中，數(shù)據(jù)信號經(jīng)由身體的表面（即，皮膚）來發(fā)射。如果啟用hf載波頻率的使用，這種類型的通信潛在地獲得渲染適合于在許多類型的可穿戴設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信的這種類型的通信的高數(shù)據(jù)速率。然而，在一些情形中（例如，用于醫(yī)學(xué)目的），也可能期望允許與身體內(nèi)的設(shè)備進行數(shù)據(jù)通信。這個的示例是與心臟起搏器(pacemaker)進行數(shù)據(jù)通信，以獲得操作反饋或在醫(yī)學(xué)檢查期間從身體內(nèi)攜帶的無線探測器中獲得數(shù)據(jù)。bcc類型通信或無線電波類型通信都不適合于這種任務(wù)，這是因為信號僅僅跨越身體的表面(bcc)或在空氣中進行傳遞并且不能為了通信目的而滲入(penetrateinside)身體內(nèi)。

目前，沒有可利用的允許設(shè)備之間的“身體束縛(bodybound)”數(shù)據(jù)通信而不管這樣的設(shè)備是位于身體上、靠近身體還是位于身體內(nèi)的好的解決方案。由于適合于觸及(reach)在各個位置上的設(shè)備的通信類型的不同性質(zhì)，在不同的情形中將依靠不同類型的通信系統(tǒng)。

文獻us2004/202339描述經(jīng)由穿戴設(shè)備的個人的身體將助聽器連接至另一設(shè)備的技術(shù)。它描述超聲或無線通信的使用。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供適合于與或位于人類或動物身體內(nèi)、位于人類或動物身體上或者靠近人類或動物身體的其他設(shè)備啟用數(shù)據(jù)通信的通信設(shè)備。此外，需要以成本有效且節(jié)能方式來啟用這樣的通信。

為此，茲提供一種用于使用人類或動物身體作為傳輸媒介來執(zhí)行數(shù)據(jù)通信的通信設(shè)備。通信設(shè)備包括收發(fā)器單元，而收發(fā)器單元包括發(fā)射器與接收器之中的至少一個。通信設(shè)備也包括用于經(jīng)由身體的表面與接觸身體或定位于靠近身體（即緊鄰身體，例如在距身體0-10毫米的范圍內(nèi)）的一個或多個用戶設(shè)備啟用數(shù)據(jù)通信的靜電換能器。通信設(shè)備進一步包括用于使用超聲波通過身體啟用數(shù)據(jù)通信的超聲換能器(ultrasonictransducer)。靜電換能器和超聲換能器二者是被連接至收發(fā)器單元并經(jīng)由收發(fā)器單元來操作的電容式換能器。因此，同一收發(fā)器單元由靜電換能器和超聲換能器二者來共享。

通過在這兩種類型的換能器之間共享收發(fā)器單元，能夠獲得有效的功率消耗，而同時允許優(yōu)雅且更簡單的設(shè)計（僅僅需要一個收發(fā)器來操作兩個換能器）。簡化的設(shè)計使得通信設(shè)備能夠以低成本來制造，從而增加其在所有類型的電器中的可用性。此外，設(shè)備能夠是更小的，這進一步增加其可用性。

超聲通信在身體內(nèi)對于最小形狀因數(shù)和能量消耗提供最佳信號傳播，而體耦合通信對于身體上和觸摸通信來說是非常省電且用戶友好的。在兩種不同的媒介（身體表面和身體內(nèi)部）的邊緣上，通信信道的屬性戲劇性地（例如，從水到空氣）改變。常規(guī)地，這使得同一種類型的信號的傳播是不可能的或不切實際的。然而，在目前設(shè)計中，使用將電信號變換成在指定媒介例如用于身體中的超聲媒介和用于身體上的靜電媒介中最佳傳播的信號的換能器。

尤其，根據(jù)本發(fā)明，所應(yīng)用的超聲換能器與靜電換能器是電容式換能器并因此在操作頻率和信號類型方面具有類似的屬性。這些換能器因此能夠經(jīng)由同一收發(fā)器來操作，從而允許其中收發(fā)器單元被共享的設(shè)計。對于（例如體耦合通信類型的）靜電換能器和超聲換能器二者而言，能夠應(yīng)用相同的通信協(xié)議。這使之能夠基于本發(fā)明的通信設(shè)備建立進出身體的統(tǒng)一通信網(wǎng)絡(luò)。因此可以更快且更有效執(zhí)行通信，并且因為兩種類型的換能器在一個設(shè)備中與（至少一個）共享收發(fā)器的集成，增加該技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域。與依靠兩個不同的收發(fā)器（對于每一種類型的信號和相關(guān)聯(lián)的協(xié)議而言，一個收發(fā)器）的實現(xiàn)方式相比而言，即在半雙工實施例中對于僅僅單個收發(fā)器的需要例如提供重要的尺寸減小。因此，兩種技術(shù)作為本發(fā)明的結(jié)果而容易被集成到單個設(shè)備（例如可穿戴用戶設(shè)備或醫(yī)療器械）中。

根據(jù)實施例，收發(fā)器單元被安排用于在100khz-30mhz、優(yōu)選100khz-10mhz并且更優(yōu)選1mhz-10mhz的頻率帶寬內(nèi)的無線電頻率上的通信。身體的最佳超聲傳輸特征位于大約100khz至高達大約10mhz的頻率范圍中。利用較低超聲頻率的通信將遭受這些換能器的差的空間分辨率或增加的尺寸。在較高頻率上，這些信號的衰減增加并因而利用低功率設(shè)備能夠達到的最大通信距離減小。類似地，對于體耦合信號而言，最佳傳播頻率高于100khz并且低于30mhz。對于低頻率而言，頻譜典型地受到噪聲和干擾嚴重污染，而高于30mhz的話，身體長度接近這些信號的波長并且身體開始充當天線。因此，兩個換能器將最佳地可操作在所識別的實施例的上述頻率范圍內(nèi)。這個頻率匹配對于雙模態(tài)(modality)通信的最優(yōu)化而言是特別令人感興趣的。與本發(fā)明的設(shè)備的兩個換能器是電容式換能器的事實一起，除了將在這些換能器本身中應(yīng)用的一些阻抗匹配與偏置之外，電子設(shè)備(electronics)和所應(yīng)用的協(xié)議能夠是相同的。在給定頻率范圍之外，雖然可能要求一些附加的適應(yīng)來補償衰減、較低的空間分辨率或噪聲，但是本發(fā)明仍然可以在一定范圍內(nèi)工作。因而，雖然所標示的范圍鑒于附加優(yōu)勢而是優(yōu)選的，但是所標示的范圍對于本發(fā)明而言并不是必不可少的。

因此，根據(jù)進一步實施例，靜電換能器和超聲換能器之中的每一個包括驅(qū)動器電子設(shè)備，所述驅(qū)動器電子設(shè)備被安排用于每一個相應(yīng)換能器的阻抗匹配與偏置之中的至少一個。另外，取決于情形，驅(qū)動器電子設(shè)備可以被配備來優(yōu)化每一個換能器的其他可操作參數(shù)。已觀察到：有效地，至少阻抗匹配和所應(yīng)用的偏置電壓對于兩個換能器而言是不同的并因此可以利用由每一個換能器組成的驅(qū)動器電子設(shè)備來執(zhí)行。例如，為了操作在崩潰模式(collapsemode)中，可以利用100伏(volt)的dc電壓來偏置電容式超聲換能器。

根據(jù)還進一步實施例，超聲換能器包括電容式微機械超聲換能器(capacitivemicromachinedultrasonictransducer)(cmut)。電容式微機械超聲換能器能夠容易地與電容耦合器一起被集成到單個通信設(shè)備中，這是因為兩種類型的換能器在電容和期望的操作帶寬方面具有類似的屬性。如將意識到的，電容耦合器在本發(fā)明的實施例中作為靜電換能器被應(yīng)用來啟用體耦合通信(bcc)。

cmut通常由在硅襯底上形成的腔(cavity)構(gòu)成。硅襯底利用底電極來支撐，并且膜本身或在膜上方的金屬化層充當上電極。該配置作為一個整體形成電容?？缭竭@些電極的交流(ac)信號的應(yīng)用引起膜振動并產(chǎn)生超聲波。

所產(chǎn)生的超聲波的波長取決于膜的尺寸和張力。在cmut被操作在崩潰模式中的情況中，該元件利用足夠高的dc電壓來偏置（例如，如上所述），以致膜的中心部分接觸底電極（或襯底）并且只有在膜中心周圍的周環(huán)(circumferentialring)產(chǎn)生超聲波。結(jié)果，可獲得的頻率較高并且元件的傳輸特征是不同的。

因此，根據(jù)還進一步實施例，超聲換能器的驅(qū)動器電子設(shè)備被安排用于將直流偏置電壓施加至超聲換能器以便在崩潰模式中操作該換能器。原則上，cmut被操作在崩潰模式中不是必不可少的，然而cmut的較高諧振頻率和較高生成的聲功率在獲得與另一通信設(shè)備的通信鏈路的正確操作中是有利的。如果cmut操作在正常（非崩潰）模式中，這些諧振頻率較低，信號功率也將是如此。這當然是電子可補償?shù)?，但是可以意識到：因為這個原因，在崩潰模式中的操作在許多實施例中是有利的。

根據(jù)本發(fā)明的還進一步實施例，收發(fā)器單元包括與發(fā)射器協(xié)作的編碼器或與接收器協(xié)作的解碼器之中的至少一個，其中所述編碼器或解碼器之中的所述至少一個被安排用于根據(jù)dc-free（dc平衡）編碼方法來編碼或解碼數(shù)據(jù)。尤其，根據(jù)還進一步實施例，編碼器或解碼器被安排用于根據(jù)編碼方法來編碼或解碼數(shù)據(jù)，其中編碼方法是包括manchester（曼徹斯特）編碼方法和雙極性(bipolar)編碼諸如高密度雙極性編碼的群組中的元素。manchester編碼是dc-free類型的編碼方法（因此，信號的極性陳述（高/低）這個不平衡，諸如以阻止dc分量的建立）。此外，manchester編碼是自同步(selfclocking)編碼方法，從而允許基于信號本身來執(zhí)行利用數(shù)據(jù)通信信號的接收器進行的同步。使用dc-free編碼方法的優(yōu)點是：它解決天線的電容性質(zhì)。尤其，在沒有dc分量的建立的情況下，發(fā)射器和接收器的行為在操作期間是恒定的并且在驅(qū)動器電子設(shè)備中不要求進一步補償。

在通信設(shè)備的收發(fā)器中的接收器單元可以進一步包括低噪聲放大器來慮及在cmut和靜電電容耦合器的接收信號中低的峰值-峰值電壓。尤其對于cmut而言，接收信號典型地將是幾十mv（毫伏）峰值-峰值（例如10-90mv），并且低噪聲放大器對于改善信噪比(snr)而言可能是有利的。定時發(fā)生器、時鐘恢復(fù)、數(shù)據(jù)相關(guān)與解碼以及如在本實施例中所示的低噪聲放大器的可選使用可以在共享的收發(fā)器電子設(shè)備中進行共享和集成。

根據(jù)本發(fā)明的進一步實施例，靜電換能器包括一個或多個電容耦合器，用于使用體耦合通信協(xié)議來啟用數(shù)據(jù)通信。如上面已經(jīng)提到的，體耦合通信的應(yīng)用啟用在與超聲換能器相同的頻率帶寬中的操作。此外，能夠使用具有與超聲換能器相類似的電容屬性的靜電換能器來應(yīng)用bcc，這對于本發(fā)明而言是有益的。

根據(jù)本發(fā)明的進一步實施例，通信設(shè)備包括多個收發(fā)器單元，其中每一個收發(fā)器單元被連接至所述超聲換能器和所述靜電換能器之中的每一個，以便經(jīng)由多個通信信道來啟用同時通信，同時通信信道的數(shù)量小于或等于收發(fā)器單元的數(shù)量。在其中只有單個收發(fā)器單元被應(yīng)用的實施例中，可能的通信模式是半雙工。同一數(shù)據(jù)信號能夠通過超聲換能器和靜電換能器之中的任一或二者來同時發(fā)送。利用單個發(fā)射器的不同（即，非全同）數(shù)據(jù)信號的發(fā)射將要求時間上的（多路）復(fù)用，以允許在不同時隙中的發(fā)射。在接收側(cè)上，接收器鎖定至發(fā)射器并因而能夠一次只接收一個信號。多個不同的數(shù)據(jù)信號的接收同時要求多個接收器。為了在沒有復(fù)用的情況下經(jīng)由這些換能器之中的任一換能器允許多個數(shù)據(jù)信號的全雙工通信，至少兩個收發(fā)器諸如對于同時生成和處理發(fā)射信號與接收信號而言是必要的。

根據(jù)本發(fā)明的其他實施例，收發(fā)器單元包括包含多個接收器、多個發(fā)射器和復(fù)用器單元的群組中的至少一個元件。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種裝置，其包括多個根據(jù)任一先前權(quán)利要求的通信設(shè)備。

還根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種通信設(shè)備的系統(tǒng)，其被安排用于使用人類或動物身體作為傳輸媒介、經(jīng)由數(shù)據(jù)通信在所述通信設(shè)備之間的互相通信，其中這些通信設(shè)備包括包含可穿戴設(shè)備、便攜式設(shè)備和適合于在人類或動物身體中植入的可植入設(shè)備的群組中的至少一個或由包含可穿戴設(shè)備、便攜式設(shè)備和適合于在人類或動物身體中植入的可植入設(shè)備的群組中的至少一個組成。

根據(jù)第四方面，提供一種使用人類或動物身體作為傳輸媒介在多個設(shè)備之間執(zhí)行數(shù)據(jù)通信的方法，其中多個設(shè)備之中的至少一個第一設(shè)備位于所述人類或動物身體內(nèi)，以及其中多個設(shè)備之中的至少一個第二設(shè)備位于所述人類或動物身體上或鄰近(proximity)所述人類或動物身體，其中該方法包括使用與所述身體接觸的通信設(shè)備在多個設(shè)備之間執(zhí)行所述數(shù)據(jù)通信，該方法包括以下步驟：使用通信設(shè)備的收發(fā)器單元中的發(fā)射器，生成數(shù)據(jù)信號；和使用通信設(shè)備的多個換能器之中的至少一個，發(fā)射數(shù)據(jù)信號至所述第一設(shè)備或所述第二設(shè)備之中的至少一個；其中多個換能器包括靜電換能器和超聲換能器，其中該方法進一步包括由通信設(shè)備的控制器選擇這些換能器之中的任一或所有的換能器來發(fā)射數(shù)據(jù)信號，其中當數(shù)據(jù)信號將被發(fā)射至至少一個第二設(shè)備時選擇所述靜電換能器，以及其中當數(shù)據(jù)信號將被發(fā)射至至少一個第一設(shè)備時選擇所述超聲換能器；和其中靜電換能器和超聲換能器二者是經(jīng)由所述同一收發(fā)器單元來操作的電容式換能器。通信設(shè)備能夠是單獨的設(shè)備或能夠被包含作為多個設(shè)備之中的任何設(shè)備的一部分，例如作為其中集成的通信單元。如可以意識到的，這些換能器與身體接觸以允許發(fā)射，例如超聲換能器與身體接觸。

根據(jù)實施例，通信設(shè)備的收發(fā)器單元進一步包括至少一個接收器，其中所述靜電換能器和所述超聲換能器之中的每一個被連接至至少一個接收器，其中該方法進一步包括：經(jīng)由靜電換能器或超聲換能器之中的任一或二者來接收數(shù)據(jù)信號；和使用至少一個接收器來處理數(shù)據(jù)信號，以獲得利用數(shù)據(jù)信號所傳遞的數(shù)據(jù)。

附圖說明

本發(fā)明將利用其中一些特定實施例的描述、參考附圖來進一步闡明。詳細的描述提供本發(fā)明的可能實現(xiàn)方式的示例，但是將不被視為描述落入范疇內(nèi)的唯一實施例。本發(fā)明的范疇被定義在權(quán)利要求書中，并且該描述將被視為說明性的而非限制本發(fā)明。在附圖中：

圖1是舉例說明用于信號的發(fā)射的布局的本發(fā)明的通信設(shè)備的示意圖；

圖2是舉例說明用于信號的接收的布局的本發(fā)明的通信設(shè)備的示意圖；

圖3是本發(fā)明的通信設(shè)備的示意圖；

圖4是本發(fā)明的應(yīng)用的示意圖；

圖5是本發(fā)明的應(yīng)用的示意圖；

圖6a和6b分別舉例說明使用本發(fā)明的通信方法的發(fā)射和接收。

具體實施方式

圖1和2舉例說明本發(fā)明的通信設(shè)備，尤其用于信號的發(fā)射（圖1）和用于信號的接收（圖2）的可能布局。圖1提供描述本發(fā)明的雙模態(tài)通信系統(tǒng)1的發(fā)射側(cè)的主要組件的框圖。發(fā)射器22可以經(jīng)由收發(fā)器單元3的輸入20接收控制信號，并且可以生成數(shù)據(jù)以便響應(yīng)于這樣的控制信號來發(fā)射。利用發(fā)射器邏輯22生成的數(shù)據(jù)首先利用數(shù)據(jù)編碼器25來編碼。編碼器25例如可以使用manchester編碼以便解決換能器6與10的電容性質(zhì)。然而，也能夠代替使用另一類型的dc平衡編碼。編碼的發(fā)射信號被提供至合并驅(qū)動器電子設(shè)備和適當?shù)钠门c阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)的兩個模態(tài)特定的驅(qū)動器塊5與9。換能器6是用于生成超聲數(shù)據(jù)信號15的電容式微機械超聲換能器(cmut)。可以通過人類或物體身體即在人類或物體身體內(nèi)發(fā)射超聲數(shù)據(jù)信號15，其中人類或動物身體在圖1與2中示意性地被標示為水環(huán)境100。靜電換能器10是電容耦合器，用于生成靜電數(shù)據(jù)信號18，例如體耦合通信(bcc)數(shù)據(jù)信號。可以跨越在圖1與2中示意性地被標示為媒介200的人類或動物身體的表面來發(fā)射靜電數(shù)據(jù)信號18。

因為cmut6要求大的電壓激勵以便生成足夠大的聲信號15，所以編碼信號必須首先例如在驅(qū)動器電子設(shè)備5中被放大。此外，大的偏置電壓可能需要利用驅(qū)動器5來施加，以便在崩潰模式中操作cmut6。最后，這個偏置與驅(qū)動器塊5的輸出阻抗必須仔細地進行設(shè)計，以便啟用cmut6的正確操作。用于經(jīng)由電容耦合器10的bcc通信的驅(qū)動器塊9可以只是升壓(boost)該信號。阻抗匹配能夠被分發(fā)(distribute)至驅(qū)動器9的輸入，以保證與驅(qū)動器5和耦合器側(cè)10的互操作性來促進信號18至身體表面200的耦合。bcc類型的通信允許鄰近身體表面的數(shù)據(jù)通信，即，它操作高達距身體幾厘米（例如10厘米）。

應(yīng)注意：這個雙模態(tài)實現(xiàn)啟用同時傳輸并且分別啟用針對位于身體內(nèi)和位于身體外的設(shè)備（之間）的同步。同時，因為所使用的通信協(xié)議是半雙工（如上所述），所以一次一個設(shè)備能夠僅從在任一雙模態(tài)模式中發(fā)射的一個其他設(shè)備接收。

在發(fā)射側(cè)上，發(fā)射數(shù)據(jù)被提供至cmut設(shè)備6。這個數(shù)據(jù)在經(jīng)由cmut設(shè)備6被發(fā)射之前利用驅(qū)動器電子設(shè)備5來放大。在實驗設(shè)置中，利用收發(fā)器3的發(fā)射器22生成的200mv峰值-峰值信號利用驅(qū)動器5中的50dbrf放大器來放大。此外，為了使得cmut設(shè)備6操作在崩潰模式中，大約100v的偏置電壓也由驅(qū)動器電子設(shè)備5提供至cmut設(shè)備。如先前所提到的，cmut設(shè)備6可以操作在崩潰模式中，以便在正確的頻率帶寬中生成足夠的功率。如果cmut設(shè)備6沒有操作在崩潰模式中，也能夠潛在地實現(xiàn)通信，然而諧振頻率則低于崩潰模式中的諧振頻率并且低生成的聲功率能夠復(fù)雜化通信鏈路的期望操作。正常的t型偏置電路可以在驅(qū)動器電子電路5中進行實現(xiàn)，以便同時提供偏置電壓和ac輸入電壓至cmut設(shè)備6。

用于通信設(shè)備1的接收器布局的框圖被描繪在圖2中。用于超聲信號和體耦合信號的接收鏈是相同的，除了分別在驅(qū)動器塊5與9中的換能器元件6與10以及相關(guān)聯(lián)的阻抗匹配與偏置電子設(shè)備之外。例如，偏置電壓可以被施加至cmut設(shè)備6，對于發(fā)射而言類似的，以便保證cmut設(shè)備6的適當操作。利用cmut設(shè)備6拾取的超聲信號15例如由cmut6的驅(qū)動器電子設(shè)備5轉(zhuǎn)換為電信號。cmut設(shè)備6可以在接收模式中被視為具有聲音輸入和電流輸出的換能器。在接收模式中，驅(qū)動器電子設(shè)備5與9實際上沒有在放大來自這些換能器的信號。由于來自cmut6的信號是小的，典型地，幾十mv峰值-峰值，所以低噪聲放大器(lna)27在信號被解碼之前首先放大該信號。類似地，由電容耦合器10接收并由驅(qū)動器9處理的任何信號也可以利用lna27來放大。取決于來自驅(qū)動器5或9的信號，lna27能夠被實現(xiàn)為電壓、電流或跨阻抗放大器。也在圖2中舉例說明用于雙模態(tài)通信的信號調(diào)節(jié)鏈。放大的信號被提供至時鐘恢復(fù)單元29和數(shù)據(jù)相關(guān)電路30。時鐘恢復(fù)單元29和數(shù)據(jù)相關(guān)電路30可以與定時發(fā)生器28協(xié)作。數(shù)據(jù)相關(guān)電路30的輸出隨后被提供至解碼器32。接收的數(shù)據(jù)此后可以被轉(zhuǎn)發(fā)至控制器或利用輸出33所描繪的其他電路（未顯示）。

如所描述的，在接收器側(cè)上，cmut設(shè)備6將接收的聲信號15轉(zhuǎn)換為電信號，典型地，電流信號。收發(fā)器3操作在接收模式中，如圖2所示。與發(fā)射模式中的cmut設(shè)備6相類似，大約100v的偏置電壓需要由驅(qū)動器電子設(shè)備5提供至cmut設(shè)備6以便在崩潰模式中操作cmut6，從而將其靈敏度設(shè)置在正確的頻率范圍上。因而，t型偏置電路可以被應(yīng)用在cmut設(shè)備6與收發(fā)器3的接收器元件27-32之間的驅(qū)動器電子設(shè)備5中。驅(qū)動器電子設(shè)備9的接收器阻抗匹配電路能夠是相對簡單的并且例如可以在串聯(lián)中(inseries)只包括僅僅單個電容器。

如所討論的，接收器信號處理鏈的這個實現(xiàn)方式慮及一次單個信號模態(tài)的發(fā)射與接收。更多信號的同時接收例如由于使用多個收發(fā)器3而將要求倍增(multiplication)的接收器。然而，為了改善所創(chuàng)建的體域網(wǎng)的能量效率，時分復(fù)用操作是優(yōu)選的。這利用所挑選的允許高數(shù)據(jù)速率傳送的通信原理來促進。因而，在短時間突發(fā)脈沖(burst)中，許多節(jié)點能夠交換數(shù)據(jù)。

進一步，注意：驅(qū)動器5與9在本發(fā)明的應(yīng)用中也可以包括例如用于在針對每一種類型的通信而言典型的不同模式（發(fā)射、接收）之間進行切換的切換能力。其他元件可以存在于驅(qū)動器電子設(shè)備5與9中或者存在于收發(fā)器3或在本文還沒有廣泛描述的本發(fā)明的實施例的任何其他部分中。

圖3進一步示意性地舉例說明根據(jù)本發(fā)明的通信設(shè)備1。在圖3中，設(shè)備1包括被超聲換能器6和靜電換能器10共享的收發(fā)器3。如在圖1與2中，每一個換能器6與10包括其各自相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動器電子設(shè)備5與9。cmut單元6包括底電極45和膜/電極40。在電極40與45之間，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)43可以被安排形成電容器和包括腔41。通過施加包括適當偏置電壓的ac電壓，可以生成超聲信號。

也在圖3中舉例說明靜電換能器10，其利用臥式電容耦合器10來形成。它包括第一電極35和第二電極37，在其之間安排形成電容器的介電材料39。如可以意識到的，靜電換能器10可以代替或另外包括立式電容耦合器（未顯示）。在立式電容耦合器中，電極（例如電極35與37）將被并行安排在彼此的頂部，在其之間具有適當?shù)慕殡姡ɡ纾牧?9），諸如以形成夾層構(gòu)造。此外，可能具有各種各樣的非常有用的在此在各種實施例中可以加以應(yīng)用的電極布置。

在圖4與5中，示意性地舉例說明用于雙模態(tài)通信的兩種應(yīng)用情況。對于通信設(shè)備（例如60a/b、70a/b、72a/b和63、55與56）相對于通信媒介(50、52)的物理位置而言，兩種情形不同。圖4所示的通信設(shè)備（60a/b、63、55與56）當位于身體內(nèi)時可以是單個模態(tài)通信設(shè)備，諸如設(shè)備63，或者當這些設(shè)備只是bcc啟用的設(shè)備時，諸如智能手表55或移動電話56。然而，無論在哪里這是所期望的，這些通信設(shè)備可以是雙模態(tài)通信設(shè)備，諸如設(shè)備60a/b。通信設(shè)備60a/b例如可以是能夠無縫地將經(jīng)由其靜電換能器60b的體外網(wǎng)絡(luò)鏈接至經(jīng)由其超聲換能器60a的體內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的樞紐(hub)型節(jié)點60a/b。在圖5中標示超聲信號64和靜電信號58。這個應(yīng)用演示可移植設(shè)備如何能夠容易地被連接至可穿戴或手持設(shè)備。這能夠極大地促進可植入設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)。身體內(nèi)的節(jié)點63代表僅具有超聲換能器作為天線的有源收發(fā)器。在實踐中，這些通信節(jié)點能夠是獨立的、電池供電的設(shè)備或能夠被依附于導(dǎo)管(catheter)和慮及插入的其他儀器。

除了以上，雙模態(tài)通信設(shè)備也可以是可穿戴或手持用戶設(shè)備的一部分而不使用樞紐設(shè)備60a/b。對于能夠在超聲換能器與靜電換能器之間共享的僅僅單個收發(fā)器的需要打開將該技術(shù)集成在例如移動電話中的可能性。

在圖5中，具有啟用的雙通信模態(tài)的設(shè)備70a/b與72a/b位于身體上（和身體外）。這些設(shè)備70a/b與72a/b可以相互通信并且選擇哪一個通信模態(tài)在其信道內(nèi)提供最佳傳播屬性。通信可以跨越身體表面例如經(jīng)由換能器70b與72b或經(jīng)由換能器70a與72b、通過身體。在圖5中標示超聲信號73和靜電信號71。如可以意識到的，附加的體上(on-body)或體內(nèi)(in-body)通信設(shè)備可以存在于圖5中。

在圖6a與6b中示意性地舉例說明使用人類或動物身體作為傳輸媒介在多個設(shè)備之間執(zhí)行數(shù)據(jù)通信的方法。圖6a中的方法開始于基于可以從本發(fā)明的通信設(shè)備中的控制器或其他元件接收的數(shù)據(jù)100在步驟110中生成數(shù)據(jù)信號。步驟110中的數(shù)據(jù)信號使用通信設(shè)備1的收發(fā)器單元3中的發(fā)射器22來生成。隨后，在步驟120中，確定是否該數(shù)據(jù)信號將被傳遞至位于身體中的另一設(shè)備（例如，植入設(shè)備）或者身體上或靠近身體的設(shè)備（例如，可穿戴或手持設(shè)備），并且在步驟120中選擇適當?shù)膿Q能器（超聲換能器例如cmut6或靜電換能器例如bcc耦合器10）。在數(shù)據(jù)信號將被同時提供至不同類型的設(shè)備的情況下，也可以選擇它們二者。在步驟125與126中，數(shù)據(jù)信號或在步驟125中經(jīng)由cmut6來發(fā)射或在步驟126中經(jīng)由bcc類型靜電換能器（例如，電容耦合器）來發(fā)射。

為了信號的接收，在圖6b中，或在步驟140中利用cmut6或在步驟145中利用靜電換能器10來接收數(shù)據(jù)信號。收發(fā)器3的接收器在步驟150中鎖定至該數(shù)據(jù)信號并處理該數(shù)據(jù)信號。在步驟160中，從接收的數(shù)據(jù)信號中獲得所傳遞的數(shù)據(jù)170。

用于這個使用的應(yīng)用示例將是位于臂下的節(jié)點。利用這個位置，bcc將由于臂下電容場的短路而遭受不良傳播屬性。這能夠通過永久地切換至超聲鏈路或僅僅利用bcc鏈路的退出(drop-out)來解決。

本發(fā)明已經(jīng)依據(jù)其一些特定實施例進行描述了。將意識到：在附圖中所示并在本文描述的實施例旨在僅用于舉例說明的目的而并不旨在利用任何方式或手段來限制本發(fā)明。在此討論的本發(fā)明的上下文純粹利用所附的權(quán)利要求書的范疇來限制。