專利名稱：：植入式無線電能接收及傳輸信號電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實用新型屬于植入式醫(yī)療電子
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種集成無線電能接收和傳輸信號功能的植入式電路。
背景技術(shù)：
：集成電路的發(fā)展使得越來越多的植入式醫(yī)療儀器可以通過電路芯片來實現(xiàn)，比如人體的肌肉和神經(jīng)刺激器、神經(jīng)數(shù)據(jù)記錄器、視網(wǎng)膜刺激器等。通常，這些植入式醫(yī)療儀器都會有兩個共同的要求一個是電源，另一個是對體外傳輸數(shù)據(jù)。目前，植入式醫(yī)療儀器所需的電源可以通過公知的電磁感應(yīng)形式的無線電能傳輸來實現(xiàn)，也就是由體外的發(fā)射端電感線圈和體內(nèi)的接收端電感線圈耦合來傳輸能量，這種無線電能傳輸利用電磁場穿透皮膚，避免了使用電線刺穿皮膚而對患者產(chǎn)生的不適。另一方面，植入式醫(yī)療儀器也需要把記錄到的信號通過無線傳輸傳到體外，這可以通過公知的負(fù)載調(diào)制(loadmodulation)來完成。負(fù)載調(diào)制的本質(zhì)是改變體內(nèi)接收端電感的負(fù)載，這樣通過電感稱合就可以改變體外發(fā)射端電感的等效阻抗，從而實現(xiàn)ASK(AmplitudeShiftKeying,幅移鍵控)調(diào)制的信號。當(dāng)下，先進(jìn)的植入式醫(yī)療儀器所采取的解決方案是用一對耦合的電感線圈來同時實現(xiàn)無線供能和傳輸信號，即復(fù)用一個電感耦合通路。例如在Z.Tang等人的題為“Datatransmissionfromanimplantablebiotelemeterbyload-shiftkeyingusingcircuitconfigurationmodulator，，(記載于IEEETransactionsonBiomedicalEngineering,Vol.42,No.5,1995)的文章中公開了一種植入式無線電源接收及傳輸信號的電路，包括交直流轉(zhuǎn)換器(也稱之為整流器rectifier)、穩(wěn)壓模塊(voltageregulator)、和信號調(diào)制開關(guān)(switch),及要被驅(qū)動的負(fù)載電路(loadcircuit),其中,在接收端電感的兩端并聯(lián)一個信號調(diào)制開關(guān),通過閉合開關(guān)來旁路接收端電感從而改變接收端電感的負(fù)載，但旁路電流會弓I入功耗的損失。再例如在G.Wang等人的題為“Designandanalysisofanadaptivetranscutaneouspowertelemetryforbiomedicalimplants，，(記載于IEEETransactionsonCircuitsandSystems-I,Vol.52,No.10,2005)的文章中公開了另一種植入式無線電源接收及傳輸信號的電路，同樣包括交直流轉(zhuǎn)換器(也稱之為整流器rectifier)、穩(wěn)壓模塊(voltageregulator)、和信號調(diào)制開關(guān)(switch),及要被驅(qū)動的負(fù)載電路(loadcircuit)，其中，在整流器模塊的輸出加入了一個串聯(lián)的信號調(diào)制開關(guān)，通過打開開關(guān)來開路接收端電感的負(fù)載電路，但開路狀態(tài)會切斷到負(fù)載電路的電流，這時功耗浪費在接收端電感上?？梢姡鲜龅膬煞N電路解決方案在傳輸信號的過程中都產(chǎn)生了相當(dāng)大的功耗的浪費，這對于植入式電子產(chǎn)品是不利的。
發(fā)明內(nèi)容[0008]本實用新型提供了一種植入式無線電能接收及傳輸信號電路，能夠減少或避免功耗浪費，從而解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。一種植入式無線電能接收及傳輸信號電路，包括電感電容諧振電路、整流器、開關(guān)調(diào)制電路、第一負(fù)載供壓電路和第二負(fù)載供壓電路，其中，所述電感電容諧振電路由ー個接收端線圈電感和ー個接收端調(diào)諧電容并聯(lián)構(gòu)成；所述開關(guān)調(diào)制電路由兩個并聯(lián)的信號調(diào)制開關(guān)和ー個反相器構(gòu)成，所述兩個并聯(lián)的信號調(diào)制開關(guān)為第一信號調(diào)制開關(guān)和第二信號調(diào)制開關(guān)，第一信號調(diào)制開關(guān)的控制端和第二信號調(diào)制開關(guān)的控制端通過反相器相連，且第一信號調(diào)制開關(guān)的控制端接入數(shù)字調(diào)制信號；所述第一負(fù)載供壓電路包括由串聯(lián)的第一穩(wěn)壓器和第一負(fù)載電路構(gòu)成的第一電路、以及與所述第一電路并聯(lián)的第一濾波電容；所述第二負(fù)載供壓電路包括由串聯(lián)的第二穩(wěn)壓器和第二負(fù)載電路構(gòu)成的第二電路、以及與所述第二電路并聯(lián)的第二濾波電容；其中，所述電感電容諧振電路與所述整流器的交流輸入端連接，所述整流器的正輸出端與第一信號調(diào)制開關(guān)的一端、第二信號調(diào)制開關(guān)的一端均相連，第一信號調(diào)制開關(guān)的另一端同時與第一濾波電容的正極和第一穩(wěn)壓器的輸入端相連，第二信號調(diào)制開關(guān)的另一端同時與第二濾波電容的正極和第二穩(wěn)壓器的輸入端相連，第一穩(wěn)壓器的輸出端接第一負(fù)載電路的一端，第二穩(wěn)壓器的輸出端接第二負(fù)載電路的一端，所述整流器的負(fù)輸出端既與第一濾波電容的負(fù)極、第一負(fù)載電路的另一端相連，又與第二濾波電容的負(fù)極、第二負(fù)載電路的另一端相連。優(yōu)選第一負(fù)載電路和第二負(fù)載電路的阻抗不同，這樣就可以在切換第一負(fù)載電路和第二負(fù)載電路的時候改變接收端電感的負(fù)載來實現(xiàn)負(fù)載調(diào)制。本實用新型中，所述第一負(fù)載供壓電路和第二負(fù)載供壓電路相互獨立，即第一穩(wěn)壓器的輸出電壓可以大于、等于或小于第二穩(wěn)壓器的輸出電壓。本實用新型的植入式無線電能接收及傳輸信號電路運(yùn)行的工作原理如下接收端線圈電感和接收端調(diào)諧電容并聯(lián)諧振于體外發(fā)射端電路中功率放大器輸出信號的載波頻率，產(chǎn)生ー個交流電壓；交流電壓輸入到整流器，整流器的正端輸出由開關(guān)選擇驅(qū)動兩路不同阻抗的負(fù)載電路，一路經(jīng)第一信號調(diào)制開關(guān)接第一濾波電容和第一穩(wěn)壓器的輸入，并由第一穩(wěn)壓器的輸出驅(qū)動第一負(fù)載電路；另一路經(jīng)第二信號調(diào)制開關(guān)接第二濾波電容和第二穩(wěn)壓器的輸入，并由第二穩(wěn)壓器的輸出驅(qū)動第二負(fù)載電路。第一信號調(diào)制開關(guān)和第二信號調(diào)制開關(guān)的選擇通過開關(guān)調(diào)制電路來進(jìn)行控制。當(dāng)數(shù)字調(diào)制信號為‘I’時，第一信號調(diào)制開關(guān)閉合，同時調(diào)制信號‘I’經(jīng)過反相器轉(zhuǎn)變成‘0’，關(guān)斷第二信號調(diào)制開關(guān)，整流器的輸出通過第一信號調(diào)制開關(guān)連通第一濾波電容的正極和第一穩(wěn)壓器的輸入端，而第一穩(wěn)壓器的輸出只驅(qū)動第一負(fù)載電路；而當(dāng)數(shù)字調(diào)制信號為‘0’時，第一信號調(diào)制開關(guān)關(guān)斷，同時調(diào)制信號‘0’經(jīng)過反相器變成‘I’，閉合第二信號調(diào)制開關(guān)，整流器的輸出通過第二信號調(diào)制開關(guān)連通第二濾波電容的正極和第二穩(wěn)壓器的輸入端，而第二穩(wěn)壓器的的輸出只驅(qū)動第二負(fù)載電路?？梢姡倦娐分锌梢酝ㄟ^數(shù)字調(diào)制信號本身來選擇開關(guān)，從而實現(xiàn)對兩路負(fù)載電路的選擇。而且，無論數(shù)字調(diào)制信號為‘I’還是‘0’，總有一路負(fù)載電路被驅(qū)動，這樣在傳輸信號的同時就可以保持高效率的電能接收，避免了傳輸信號期間功耗的浪費。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的植入式無線電能接收及傳輸信號電路具有以下有益的技術(shù)效果可以通過數(shù)字調(diào)制信號本身來選擇開關(guān)，對接收端電感的兩路不同阻抗的負(fù)載電路的切換，從而實現(xiàn)接收端的負(fù)載調(diào)制；而且，對應(yīng)數(shù)字調(diào)制信號的‘I’或‘0’，總有一路驅(qū)動負(fù)載電路有效，所以負(fù)載調(diào)制的整個期間都沒有功耗的浪費。因此，本實用新型避免了在負(fù)載調(diào)制期間對電能接收的影響，保證了在對體外傳輸數(shù)據(jù)的同時實現(xiàn)高效的電能接收，滿足了植入式儀器要盡可能的省功耗的要求。本實用新型的植入式無線電能接收及傳輸信號電路可以很方便地應(yīng)用在RFID和無線傳感器的系統(tǒng)中。圖I是采用現(xiàn)有的一種植入式無線電能接收及傳輸信號電路的植入式儀器的電路不意圖。圖2是采用現(xiàn)有的另一種植入式無線電能接收及傳輸信號電路的植入式儀器的電路不意圖。圖3是采用本實用新型的植入式無線電能接收及傳輸信號電路的植入式儀器的電路不意圖。圖4是采用圖3所示的電路時體內(nèi)和體外電路中的相關(guān)信號瞬態(tài)同步示意圖。具體實施方式如圖I所示，采用現(xiàn)有的一種植入式無線電能接收及傳輸信號電路的植入式儀器的電路，包括公知的體外發(fā)射端電路I和現(xiàn)有的一種植入式無線電能接收及傳輸信號電路5。體外發(fā)射端電路I包括功率放大器2、體外調(diào)諧電容3和體外發(fā)射端線圈電感4，其中，體外發(fā)射端線圈電感4與體外調(diào)諧電容3串聯(lián)并諧振于功率放大器2輸出信號的載波頻率，體外調(diào)諧電容3的一端與功率放大器2的輸出相連。植入式無線電能接收及傳輸信號電路5包括接收端線圈電感6、調(diào)諧電容7、信號調(diào)制開關(guān)8、整流器9、濾波電容10、穩(wěn)壓器11和負(fù)載電路12，接收端線圈電感6與調(diào)諧電容7并聯(lián)而且諧振于上述體外發(fā)射端電路I中功率放大器2輸出信號的載波頻率，接收端線圈電感6上產(chǎn)生的交流電壓通過整流器9和濾波電容10，產(chǎn)生一個直流電壓輸入給穩(wěn)壓器11，穩(wěn)壓器11的輸出提供驅(qū)動負(fù)載電路12所需的電壓和電流，從而實現(xiàn)了植入式儀器的供能。另一方面，對體外傳輸信號則是通過數(shù)字調(diào)制信號來控制信號調(diào)制開關(guān)8來實現(xiàn)負(fù)載調(diào)制，閉合信號調(diào)制開關(guān)8可以旁路接收端線圈電感6的負(fù)載，從而用來實現(xiàn)負(fù)載調(diào)制。該電路的缺點是旁路時會有一個很大的旁路電流流經(jīng)信號調(diào)制開關(guān)8，產(chǎn)生了額外的功耗。如圖2所示，采用現(xiàn)有的另一種植入式無線電能接收及傳輸信號電路的植入式儀器的電路，包括公知的體外發(fā)射端電路I和現(xiàn)有的另一種植入式無線電能接收及傳輸信號電路23。體外發(fā)射端電路I包括功率放大器2、體外調(diào)諧電容3和體外發(fā)射端線圈電感4，其中，體外發(fā)射端線圈電感4與體外調(diào)諧電容3串聯(lián)并諧振于功率放大器2輸出信號的載波頻率，體外調(diào)諧電容3的一端與功率放大器2的輸出相連。植入式無線電能接收及傳輸信號電路23包括接收端線圈電感6、調(diào)諧電容7、整流器9、濾波電容10、信號調(diào)制開關(guān)13、穩(wěn)壓器11和負(fù)載電路12，接收端線圈電感6與調(diào)諧電容7并聯(lián)而且諧振于上述體外發(fā)射端電路I中功率放大器2輸出信號的載波頻率，接收端線圈電感6上產(chǎn)生的交流電壓通過整流器9和濾波電容10，產(chǎn)生ー個直流電壓輸入給穩(wěn)壓器11，穩(wěn)壓器11的輸出提供驅(qū)動負(fù)載電路12所需的電壓和電流，從而實現(xiàn)了植入式儀器的供能。另ー方面，對體外傳輸信號則是通過數(shù)字調(diào)制信號來控制信號調(diào)制開關(guān)13來實現(xiàn)負(fù)載調(diào)制，打開信號調(diào)制開關(guān)13可以開路接收端線圈電感6的負(fù)載，從而用來實現(xiàn)負(fù)載調(diào)制。該電路的缺點是開路時接收到的電能被損耗在接收端的電感線圈上而沒有被用來驅(qū)動負(fù)載電路12?？梢姡鲜霈F(xiàn)有技術(shù)中的如圖I和圖2所示的2種解決方案均存在功耗浪費的缺陷。下面結(jié)合實施例和附圖來詳細(xì)說明本實用新型，但本實用新型并不僅限于此。如圖3所示，采用本實用新型的植入式無線電能接收及傳輸信號電路的植入式儀器的電路，包括公知的體外發(fā)射端電路I和本實用新型的植入式無線電能接收及傳輸信號電路24。體外發(fā)射端電路I包括功率放大器2、體外調(diào)諧電容3和體外發(fā)射端線圈電感4，其中，體外發(fā)射端線圈電感4與體外調(diào)諧電容3串聯(lián)并諧振于功率放大器2輸出信號的載波頻率，體外調(diào)諧電容3的一端與功率放大器2的輸出相連。植入式無線電源接收及傳輸信號電路24，包括接收端線圈電感6、接收端調(diào)諧電容7、整流器9、第一信號調(diào)制開關(guān)14、第二信號調(diào)制開關(guān)15、反相器22、第一穩(wěn)壓器18、第ー負(fù)載電路20、第一濾波電容16、第二穩(wěn)壓器19、第二負(fù)載電路21和第二濾波電容17。接收端線圈電感6和接收端調(diào)諧電容7并聯(lián)構(gòu)成電感電容諧振電路；第一信號調(diào)制開關(guān)14、第二信號調(diào)制開關(guān)15和反相器22構(gòu)成開關(guān)調(diào)制電路，其中第一信號調(diào)制開關(guān)14的控制端和第二信號調(diào)制開關(guān)15的控制端通過反相器22相連，且第一信號調(diào)制開關(guān)14的控制端還同時接入數(shù)字調(diào)制信號；第一穩(wěn)壓器18與第一負(fù)載電路20串聯(lián)構(gòu)成第一電路，第一電路與第一濾波電容16并聯(lián)構(gòu)成第一負(fù)載供壓電路；第二穩(wěn)壓器19和第二負(fù)載電路21串聯(lián)構(gòu)成第二電路，第二電路與第二濾波電容17并聯(lián)構(gòu)成第二負(fù)載供壓電路。電感電容諧振電路與整流器9的交流輸入端連接，整流器9的正輸出端與第一信號調(diào)制開關(guān)14的一端、第二信號調(diào)制開關(guān)15的一端均相連，第一信號調(diào)制開關(guān)14的另ー端同時與第一濾波電容16的正極和第一穩(wěn)壓器18的輸入端相連,第二信號調(diào)制開關(guān)15的另一端同時與第二濾波電容17的正極和第二穩(wěn)壓器19的輸入端相連，第一穩(wěn)壓器18的輸出端接第一負(fù)載電路20的一端，第二穩(wěn)壓器19的輸出端接第二負(fù)載電路21的一端，整流器9的負(fù)輸出端既與第一濾波電容16的負(fù)極、第一負(fù)載電路20的另一端相連,又與第二濾波電容17的負(fù)極、第二負(fù)載電路21的另一端相連。上述電路中，第一負(fù)載供壓電路和第二負(fù)載供壓電路相互獨立，第一穩(wěn)壓器18的輸出電壓可以大于、等于或小于第二穩(wěn)壓器19的輸出電壓。上述電路中，接收端線圈電感6和接收端調(diào)諧電容7并聯(lián)諧振于體外發(fā)射端電路I中功率放大器2輸出信號的載波頻率，產(chǎn)生ー個交流電壓；交流電壓輸入到整流器9，整流器9的正端輸出由開關(guān)選擇驅(qū)動兩路不同阻抗的負(fù)載電路20、21，一路經(jīng)第一信號調(diào)制開關(guān)14接第一濾波電容16和第一穩(wěn)壓器18的輸入,并由第一穩(wěn)壓器18的輸出驅(qū)動第一負(fù)載電路20，另一路經(jīng)第二信號調(diào)制開關(guān)15接第二濾波電容17和第二穩(wěn)壓器19的輸入，并由第二穩(wěn)壓器19的輸出驅(qū)動第二負(fù)載電路21。第一信號調(diào)制開關(guān)14和第二信號調(diào)制開關(guān)15的選擇通過開關(guān)調(diào)制電路來進(jìn)行控制。公知數(shù)字調(diào)制信號是在‘1’，‘0’間跳變。當(dāng)數(shù)字調(diào)制信號為‘I’時，第一信號調(diào)制開關(guān)14閉合，同時調(diào)制信號‘I’經(jīng)過反相器22轉(zhuǎn)變成‘0’，關(guān)斷第二信號調(diào)制開關(guān)15，整流器9的正端輸出通過第一信號調(diào)制開關(guān)14連通第一濾波電容16的正極和第一穩(wěn)壓器18的輸入端，第一穩(wěn)壓器18的輸出只驅(qū)動第一負(fù)載電路20;而當(dāng)所述調(diào)制信號為‘0’時，第一信號調(diào)制開關(guān)14關(guān)斷，同時調(diào)制信號‘0’經(jīng)過反相器22變成‘1’，閉合第二信號調(diào)制開關(guān)15，整流器9的正端輸出通過第二信號調(diào)制開關(guān)15連通第二濾波電容17的正極和第二穩(wěn)壓器19的輸入端，第二穩(wěn)壓器19的輸出只驅(qū)動第二負(fù)載電路21。上述兩路不同阻抗的負(fù)載電路20和21對應(yīng)數(shù)字調(diào)制信號的切換改變著接收端電感6的負(fù)載，實現(xiàn)了負(fù)載調(diào)制，更重要的是，無論數(shù)字調(diào)制信號為‘I’還是‘0’，總有一路負(fù)載被驅(qū)動，這樣在傳輸信號的同時就可以保持高效率的電能接收，避免了傳輸信號期間功耗的浪費。圖4是采用圖3所示的電路時體內(nèi)和體外電路中的相關(guān)信號瞬態(tài)同步示意圖。即，以隨機(jī)的一組“100100.......”的數(shù)字調(diào)制序列作為圖3所示的電路中的數(shù)字調(diào)制信號，相應(yīng)地,在圖3所示的電路中體外電感線圈4上會產(chǎn)生一個時變的電流Iind如圖所示，可見其與“100100.......”的數(shù)字調(diào)制序列相對應(yīng)，而且可見Iind是一個很容易被解調(diào)的ASK信號。與此同時，第一負(fù)載供壓電路和第二負(fù)載供壓電路分別產(chǎn)生了圖示的兩個電壓信號第一負(fù)載電路的驅(qū)動電壓Vl和第二負(fù)載電路的驅(qū)動電壓V2。由此可見，上述電路中對體外的信號傳輸和對植入式儀器的電能供應(yīng)可以同時高效的實現(xiàn)。權(quán)利要求1.一種植入式無線電能接收及傳輸信號電路，其特征在于，包括電感電容諧振電路、整流器、開關(guān)調(diào)制電路、第一負(fù)載供壓電路和第二負(fù)載供壓電路，其中，所述電感電容諧振電路由一個接收端線圈電感和ー個接收端調(diào)諧電容并聯(lián)構(gòu)成；所述開關(guān)調(diào)制電路由兩個并聯(lián)的信號調(diào)制開關(guān)和ー個反相器構(gòu)成，所述兩個并聯(lián)的信號調(diào)制開關(guān)為第一信號調(diào)制開關(guān)和第二信號調(diào)制開關(guān)，第一信號調(diào)制開關(guān)的控制端和第二信號調(diào)制開關(guān)的控制端通過反相器相連，且第一信號調(diào)制開關(guān)的控制端接入數(shù)字調(diào)制信號；所述第一負(fù)載供壓電路包括由串聯(lián)的第一穩(wěn)壓器和第一負(fù)載電路構(gòu)成的第一電路、以及與所述第一電路并聯(lián)的第一濾波電容；所述第二負(fù)載供壓電路包括由串聯(lián)的第二穩(wěn)壓器和第二負(fù)載電路構(gòu)成的第二電路、以及與所述第二電路并聯(lián)的第二濾波電容；其中，所述電感電容諧振電路與所述整流器的交流輸入端連接，所述整流器的正輸出端與第一信號調(diào)制開關(guān)的一端、第二信號調(diào)制開關(guān)的一端均相連，第一信號調(diào)制開關(guān)的另一端同時與第一濾波電容的正極和第一穩(wěn)壓器的輸入端相連，第二信號調(diào)制開關(guān)的另一端同時與第二濾波電容的正極和第二穩(wěn)壓器的輸入端相連，第一穩(wěn)壓器的輸出端接第一負(fù)載電路的一端，第二穩(wěn)壓器的輸出端接第二負(fù)載電路的一端，所述整流器的負(fù)輸出端既與第ー濾波電容的負(fù)極、第一負(fù)載電路的另一端相連，又與第二濾波電容的負(fù)極、第二負(fù)載電路的另一端相連。2.如權(quán)利要求I所述的植入式無線電能接收及傳輸信號電路，其特征在于，所述第一負(fù)載電路和第二負(fù)載電路的負(fù)載阻抗不同。專利摘要本實用新型公開了一種植入式無線電能接收及傳輸信號電路，包括接收端線圈電感、接收端調(diào)諧電容、整流器、由兩個信號調(diào)制開關(guān)和反相器構(gòu)成的開關(guān)調(diào)制電路、第一負(fù)載供壓電路和第二負(fù)載供壓電路，通過數(shù)字調(diào)制信號本身來選擇開關(guān)，對接收端電感的兩路不同阻抗的負(fù)載電路的切換，從而實現(xiàn)接收端電感的負(fù)載調(diào)制；并且，無論數(shù)字調(diào)制信號為‘1’還是‘0’，總有一路驅(qū)動負(fù)載電路有效，所以負(fù)載調(diào)制的整個期間都沒有功耗的浪費，保證了在對體外傳輸數(shù)據(jù)的同時實現(xiàn)高效的電能接收，滿足了植入式儀器要盡可能的省功耗的要求。文檔編號H02J17/00GK202524172SQ20122004148公開日2012年11月7日申請日期2012年2月9日優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日發(fā)明者鄒磊申請人:鄒磊