生物医学用UWB发射机前端芯片的研究与设计

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随着人们对自身健康的进一步关注以及医护人员渴望使用更先进的医护技术,生物医学用电子设备成为了热门研究对象。IR-UWB发射机以其超宽带技术的特点和结构简单,功耗较低等优点成为了低功耗、小体积生物医学用电子设备中无线高速传输模块的首选。其既可高速、高能效地将从携带体上采集到的数据发送给医生或者研究者,又可满足这一类电子设备对体积和功耗的严苛要求。  根据以上分析,本文采用0.18μm CMOS工艺完成了两种IR-UWB发射机的电路设计、版图设计、后仿真分析以及流片测试。发射机电路设计的过程中采用了协同设计的方法,既保证发射机能够实现必需功能,又简化了发射机的电路结构。  其中一种为超低功耗频谱可调IR-UWB发射机,该发射机采用OOK调制,工作频段为3~5 GHz,其输出脉冲信号的幅度可以通过控制电压进行调节。利用节能开关与驱动放大器协同设计的方法,简化了发射机的电路,降低了系统功耗。该发射机芯片的核心面积为340×280μm2,实际测试结果显示,该发射机已实现以上所述功能,最高数据传输速率可达500 Mbps,当没有数据输入时,功耗仅为10 nW。  另一种为低电压全数字频段可变 IR-UWB发射机。该发射机采用了调制电路与脉冲发生器协同设计的方法,使脉冲信号产生与数据信息调制同时进行,有效简化了发射机的系统电路,而且只需通过调节延迟时间来改变脉冲信号的宽度,即可使该发射机工作于3~5 GHz或者6~10 GHz频段。该发射机电路主要由MOS管构成,因此版图面积非常小,核心面积仅为94×95μm2。后仿真结果显示,该发射机已实现BPSK调制和频段可变等功能,且电源电压仅为1V。
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