6、CMOS电路在生物医学植入设备中的应用

CMOS电路在生物医学植入设备中的应用

一、引言

近年来，生物医学电路和系统发展迅速，高性能的植入式医疗设备（如传感器和神经肌肉刺激器）在现代医学中发挥着越来越重要的作用。植入式传感器和执行器常与心脏、动脉、神经或大脑等敏感器官接触，因此在设计时必须严格考虑安全要求和参数。目前，众多工程努力致力于提高这些设备的可靠性，以满足患者日常使用的需求。

经皮能量传输旨在为植入式生物医学设备提供一种安全有效的远程能量输送方法。一般来说，这种无线电源基于调制载波，经整流后为植入物供电。与经皮导线相比，该技术使患者能够自由活动，提高了生活质量，并降低了感染风险。电磁射频（RF）感应耦合链路是为植入式假体供电的常用技术。适当的功率传输可以保持皮肤完好，但高功耗会因散热导致组织温度升高，并且在为设备供电时会增加组织中的电磁场密度，这些缺点可能会损害生物组织。因此，这种链路的外部部分必须以低于政府安全标准（10 mW/cm²）的场强向植入部分传输功率。目前，感应耦合链路技术因其安全性和高功率传输效率，无疑是患者最理想的方法，但它仍缺乏一些特性，如宽带宽和更好的位移容差。

同时，这种链路还用作外部控制器和植入单元之间的数据传输介质。本文将介绍一种典型的生物遥测链路，它由两个线圈组成，一个植入人体，另一个靠近人体外部放置。该链路旨在为接收器供电，并以不同速度、不同调制/解调方案双向传输数据。在其他构建模块中，将介绍基于硬限幅科斯塔斯环拓扑的二进制和正交相移键控（BPSK）解调器。在功率传输方面，将考虑和讨论电路拓扑，以实现高功率效率。在大多数情况下，链路的初级电路是调谐串联电路，为驱动发射器提供低阻抗负载，而次级几乎总是并联LC电路，驱动非线性整流器负载。

现代植入式电路和系统必须通