无线射频信号人体组织穿透特性研究与WCE接收机关键芯片设计

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无线技术的发展使现代生活的许多方面发生了革命性的变化,尤其是当其应用在医学领域后,使得医疗器械逐渐往智能化、便携化方向发展。无线胶囊内窥镜的普及就是其中的典型代表。然而,这种便携化器件还存在许多不足,比如所拍摄图片的分辨率问题、电池容量引发的可待机性问题以及追踪病变部位的定位精准度问题,这些都亟待解决。本文主要研究了无线射频信号在人体组织中的穿透特性以及WCE射频接收机芯片的设计。本文所涉及的具体工作如下:1、分析了国内外无线胶囊内窥镜的研究状况,聚焦当下的研究热点,阐述未来发展趋势。同时,介绍了超宽带无线接收机,为后面设计夯实理论基础。2、介绍了电磁波对人体组织产生的影响的理论研究,从电磁波对生物组织影响的研究现状以及生物组织电磁特性研究两方面开展介绍。并综述了无线射频信号人体组织穿透特性的研究方法。阐述了信号传播的具体的路径损耗特性以及评估无线传输系统安全与否的比吸收率的计算方法,分析了三种进行人体组织穿透特性研究的方法,并阐明每种方法的优缺点以及未来发展方向。3、分析与设计了WCE接收机的主放大器与解调器两个模块。对解调器的脉冲宽度调整电路单元进行了创新。主要是在脉冲宽度调整电路中,加入一个MOS开关,这个开关由输入信号来控制。这个MOS管的栅、源、漏极分别连接输入信号、地端和延迟电路的输出端。当输入信号到来时,高电平的状态下,MOS管导通,即这个MOS开关启动,立刻将延迟电路的输出端的电平拉低;低电平的状态下,MOS管截止,即这个MOS开关关闭,在延迟电路的工作下,输出信号被延迟。采用此MOS管,我们可以稳定输出脉冲,实现整体电路的脉冲宽度调整。4、采用台积电(TSMC)0.18um CMOS工艺对所设计的接收机电路进行设计仿真,使用双电源(模拟电源与数字电源),电源电压皆为1.8V,载波频率为4GHz。完成版图设计,主放大器后仿真的最大增益为26.58d B,在输入信号振幅为3m V~125m V时,解调器均可正常工作。最后设计了测试芯片所需的PCB测试板。
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