基于超低功RF收發器的植入式醫療設備通信系統設計

 　　如圖3中標為半雙工RF發射器的400MHz發射子系統，包含有一個中頻調制器、一混頻器和一功率放大器。IF調制器將一個一位(兩個FSK)或兩位(4個FSK)異步數字輸入數據流轉換為中頻。上變頻混頻器將中頻轉換成RF頻率。注意，發射和接收模式的本振頻率相同，這樣就使接收和發送數據包之間的死區時間最短。 

 　　可通過寄存器自-4.5dBm~-17dBm(500 Ω負載)，以小于3dB的步長編程發射功放的輸出功率。所有RF輸入的內部天線匹配電容組都可以細調匹配網絡，對給定的功率設置，實現輸出功率最大，接收器噪聲指數最佳。天線調諧為自動刻度，其中采用了一種與ADC耦合的峰值檢測器，同時帶一校準控制狀態機。

　　400MHz接收器子系統將MICS頻帶信號放大，將載波頻率下變換到中頻。低噪聲放大器(LNA)增益為9dB~35dB可編程。對植入醫療設備收發器，建議采用更高的增益設置，而相對低一些的增益設置可以用于選擇采用外部LNA的基站收發器。LNA和混頻器偏置電流的可編程性使優化為理想的線性(IIP3)、功耗和噪聲指數的靈活性進一步提高。

 　　采用多相IF濾波器抑制鏡像頻率和鄰近信道干擾，限制噪聲帶寬。多相濾波器之后接限制器和一接收器信號強度指示器(RSSI)模塊。RSSI測量由一個5位ADC轉換，可以通過工業標準SPI接口讀取。這對MICS無干擾信道評估程序有利。注意，首先必須通過MICS標準定義的一種無干擾信道評估程序，用一外部儀器確定一個合適的可用信道。

　　為此，還開發了一種為高可靠性醫療應用定制的專用協議由MAC處理，包括下列主要特征：

 (1)采用Reed-Solomon前向誤差校正(FEC)和周期冗余碼(CRC)誤差檢測技術進行誤差校正和檢測。假設原無線電BER為10^-3，則FEC和CRC之后的有效BER優于1.5×10^-10。
(2)故障情況下數據塊能夠自動再傳輸，并實現了流程控制以避免緩沖溢出。
(3)能夠發送MICS緊急命令和高優先級信息。
(4)能處理鏈路看門狗，確保在通信沒有成功5秒之后斷開鏈路。
(5)提供鏈路質量診斷和自動校準控制。

 超低功率喚醒接收器

 　　由于儲存電池能量最重要，所以大多數植入應用都很少使用MICS RF鏈路。在極低功率應用中，大部分時間內，收發器處于一種電流極低的休眠狀態。除了在發送緊急命令外，采用MICS頻帶的系統必須在無干擾信道評估程序之后，等待基站啟動通訊。植入收發器應該周期性查詢基站是否要進行通訊。

 　　喚醒系統采用一種工作在2.45GHz SRD頻帶的超低功率RF接收器，檢測并解碼一種專用數據包，該數據包由基站發射，然后接通芯片其余電源。芯片也可以由引腳控制直接啟動，如基站啟動、植入設備發送緊急命令或者采用選擇性喚醒系統的植入設備就需要這種方式。

 本文小結

 　　超低功率無線技術對許多植入醫療設備很關鍵，包括起搏器、除顫器、神經刺激器、藥物灌注系統、診斷傳感器和迅速增長的植入式糖尿病監測器。然而，隨著植入通訊系統發展為支持高級診斷和治療，無線性能對植入醫療設備的電池壽命不產生影響很關鍵。