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随着20世纪电子技术,尤其是集成电路(IC)技术的高度发展,从20世纪80年代开始,微电子技术与和生物技术相结合,研制出了人工心脏和心脏除颤器等一系列研究成果,人体器官的部分功能得到代偿。进入21世纪以来,伴随IC技术进入纳米阶段,高度集成的片上系统(SystemOnChip,SOC)的出现,使得植入电子器件的发展进入了新的高潮。怎样为植入电子器件提供正常工作所需的能量,就成为我们面前的一个重要问题。本论文研究内容为使用电磁耦合的方式为植入电子器件提供正常工作所需要的能量。
本论文首先对用于电磁耦合的线圈进行了理论分析。在此基础上,使用Matlab软件对设计的线圈进行了仿真,通过仿真对线圈的参数进行了优化。发射线圈使用漆包线绕制,接收线圈使用PCB工艺制作。通过空气介质和皮肤介质实验,模仿了经皮供能的真实环境,并对实验结果进行了讨论。
本论文然后设计了用于经皮能量传输的发射电路,该电路的主体部分为E类功率放大器。然后,设计了无源晶体振荡器电路为E类功放提供了方波驱动信号。为了便于调节发射机的输出功率,设计了输出电压可在6-9V范围内调整的电源。发射电路使用微波仿真软件工具ADS进行了辅助设计。电路使用印刷电路板(primedcircuitboard,PCB)工艺制作。实验结果显示,在接收线圈上获得的能量能够满足植入芯片的工作要求。
本论文还初步研究了用于植入电子器件充电电池的充电电路。为了保证植入电子器件能够获得稳定的电源电压,计划在今后的设计中选择锂离子电池作为植入芯片的电源。因此,初步研究了锂离子电池的充电电路,为下面的相关工作起到了一定的参考作用。