《CMOS無源植入式電子設備的超低功耗數據交換方法研究》是依託深圳大學，由俞航擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：CMOS無源植入式電子設備的超低功耗數據交換方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：俞航
- 依託單位：深圳大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
CMOS無源植入式集成信號處理系統是植入式電子設備的最新發展方向，而採用無線方式實現高效能量接收和超低功耗數據交換是其中的核心問題。本項目從研究生命體環境下電磁波傳播特性入手，針對下、上行通信不同需求，探索在最優能量接收的基礎上實現超低功耗數據交換的方法。.在國際上率先建立覆蓋ISM頻段電磁波的生命體等效阻抗網路模型。結合CMOS積體電路技術，探索調製深度、數據率等關鍵參數影響能量接收效率的內在機理，研究生命體環境中實現最優能量接收的下行通信方法。探索生命體環境中以最小能量傳輸單位信息的方法，構建能夠根據上行數據量傳輸需求綜合套用不同調製方式和數據率的動態多模式數據傳輸系統，在平均數據量為每秒2 Mbit時，達到能耗小於0.5 nJ/bit。.研究成果可提供實現新一代CMOS無源植入式集成信號處理系統中超低功耗數據交換的方法和技術基礎，將對無線感測器網路和生物醫學工程等領域提供有力支持。
結題摘要
針對CMOS 無源植入式集成信號處理系統這一植入式電子設備的最新發展方向，基於生命體環境下的電磁波傳播特性，探索採用無線方式實現高效能量接收和超低功耗數據交換這一核心問題。基於CMOS工藝，深入研究了肖特基二極體的電壓-電流轉換機制，提出了最最佳化的設計方案；首次採用肖特基二極體作為整流器件設計了低功耗信號強度檢測模組，為進一步研究能夠根據接收能量信號強度自動最佳化能量轉化效率的自適應無源植入式系統奠定了基礎。探索了將時鐘與同步數據一起通過載波傳輸，從而減少接收機複雜度的方法，同時進一步降低了數據接收系統功耗。 相比於N、P型電晶體，肖特基二極體具備開啟電壓低的特點，是將無線接收能量轉化為直流電壓的理想元件。研究中結合特定CMOS工藝特點，實現了多種不同幾何形狀與面積的肖特基二極體器件。進一步通過實驗測量的方式，確定不同器件正、反向偏置情況下的電流比。 研究利用肖特基二極體的無源性，以及開啟電壓小、正向壓降小的優勢，完成了針對10 MHz輸入信號的功率指示計。設計中的線形放大器採用了交流耦合的方式以避免直流誤差放大並造成輸出飽和。完成的功率指示計能夠檢測-50 ~ 0 dBm的輸入信號，並相應產生0.25 ~ 1.65 V的直流電壓，斜率約為28.8 mV/dBm，線性誤差保持在±1 dB內。 研究了無源植入式集成信號處理系統中超低功耗無線數據收發系統的關鍵技術。設計了超低功耗自適應時鐘/數據精確恢復晶片，當數據率在0.5 kbit/s到500 kbit/s變化時系統功耗僅為100 μW （0.2nJ/bit）。進一步採用超低功耗喚醒技術設計了滿足中國短程通信標準的5.8 GHz無線數據收發單晶片系統，喚醒靈敏度低於-55 dBm，待機電流低於10 μA，數據率達2 Mb/s。 探索在標準CMOS工藝中設計高精度振盪器的方法，以代替不能集成的晶體振盪器，用以產生低功耗電子系統中的時間基準。設計了具備溫度補償特性的三級16 MHz環形振盪器，周期變化標準差僅為27.85 pS，溫度變化率僅為59.2 ppm/℃。 至2015年12月，已發表論文12篇；完成了5顆混合信號系統積體電路晶片的設計，獲得積體電路版圖登記5項；申請發明專利4項，其中2項已獲得授權。累計指導研究生14人，其中碩士研究生13人，有11名已經畢業；合作培養博士研究生1人，已畢業。
