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青光眼是导致失明第二常见的疾病,并极难治愈,眼内压的大幅度变化是青光眼的主要病症,对眼内压的实时检测并及时的采取治疗措施可以控制青光眼的恶化。本文研制出一种植入到前房内的无线眼内压检测系统,该系统包括天线、压力传感器和集成电路芯片,且为无源系统,仅需要电磁波供电即可。本文完成了植入式系统从系统级到电路级全部设计流程,核心模块包含射频能量收集系统和低功耗传感器读出集成电路系统,并完成了整个系统的实验验证,验证结果显示该系统可以满足眼内压实时检测和无线数据传输的功能。 本文首先根据眼内压检测系统无线载波频率未确定的研究现状,利用麦克斯韦方程组求解出电磁波由眼外到眼内的传输方程,然后求解出体内固定尺寸天线获得能量与人体对电磁波吸收能量的比值,即为传输效率,然后根据人体介电常数与频率的关系得到传输效率与频率的关系,最后结合电磁接触安全性考虑得到最合适的载波频率。 其次,根据本系统为无源系统的特点,本文从能量和信息传递两个方面进行系统设计。首先根据功能需求制定设计目标,继而结合电磁波人体接触标准进行能量链路的计算,并对植入式系统主要指标参数进行裕度分析,之后根据目标误码率计算出需要的信号信噪比和系统实际的输出信号信噪比,最后利用Simulink进行系统仿真,验证上述计算。 再次,为使植入式系统获得尽量多的能量,本文从天线增益、整流器效率以及天线和整流器的阻抗匹配三个方面提高电磁波到直流能量的转换效率。首先根据前房限制和人体电学参数等设计出具有较高增益的植入式天线,之后通过对双端差动互补整流器的电路分析,优化其设计以提高其整流效率,最后详细分析整流器输入阻抗,使天线与整流器进行较好的阻抗匹配。 最后,根据上述分析与设计,并采用商业化电容型压力传感器为压力敏感单元,设计出极低功耗的传感器信号读取电路单元。首先,利用CTC电路及其辅助电路将电容值转换为脉冲宽度,之后将脉冲宽度直接ASK调制发射到外部读头,该系统功耗为2.53μW,灵敏度约为2 mmHg。之后设计出一种CFC电路将压力值转为脉冲频率值,并放大周期后通过计数器读出其值,最后对计数器输出编码后进行ASK调制,将信号发射到体外读头。