CN107645321A - 单频带无线能量与数据传输方法及接收器 - Google Patents

Abstract

本发明属于集成电路技术领域，具体为单频带无线能量与数据传输方法及接收器。该传输方法结合无线能量传输与无线数据传输，采用超低调制深度，仅在一个频带上同时实现了高传输能量效率与低误码率，首次兼顾了无线能量与数据传输需要的两个重要指标。该接收器采用可偏移限幅器,维持了超低功耗设计，实现上不需要额外线圈或相关附加电路，电路复杂度低，尤其适合应用于植入式或可穿戴式生物医学设备中。

Description

单频带无线能量与数据传输方法及接收器

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种单频带无线能量与数据传输的方法及接收器。

背景技术

植入式与可穿戴式的生物医学设备都需要同时用到无线能量传输(WPT)与无线数据传输(WDT)功能,由于幅度调制拥有低功耗与较低的电路复杂度，通常会在此类设备中优先采用。但为了实现低于10^-3的误码率(BER)，无线数据传输的调制深度(MD)必须达到8%-100%，然而，线圈上的能量在信号小幅度传输的时间间隔里以MD的平方率下降。大调制深度导致了低有效能量转换效率(EPCE)，而该效率是由无线能量传输的调制与整流效率来决定的。一个解决方法就是将能量与数据分别用两种频率来传输，这需要额外的线圈或天线来实现，而且相应的解调器有很大的功耗，不适合紧凑的超低功耗设计。面临的挑战就在于如何使用同一个线圈（单频带）去传输高能量,也就是达到高有效能量转换效率，而同时实现所需要的误码率。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种单频带无线能量与数据传输方法及其接收器。

本发明提供的单频带无线能量与数据传输方法，其包括：仅采用一个频带同时传输能量与数据信息，该传输信号为幅度调制，拥有极小（小于例如0.1%）的调制深度，使得包络上几乎没有能量损失，达到无线能量传输的高效率，同时又保留有数据信息。

本发明提供的传输方法，可以采用电感耦合的方式，也可采用电磁辐射的方式。

基于电感耦合的传输方式，本发明还提供了一种单频带无线能量与数据传输接收器，其结构如图2所示，包括：

可偏移限幅器（Shifted Limiter, SL），用于将偏置电压偏移到包络电压，从而可以检测并放大微小的包络变化；

包络检测器，连接在可偏移限幅器后，用于检测包络并提取传输数据；

整流器，用于提取信号的能量，供电给所述可偏移限幅器与包络检测器，并提供外部电池充电。

这里，可偏移限幅器和包络检测器组成无线数据传输部分。

上述包络检测器、整流器为常规器件。可偏移限幅器的电路结构参见文献[1]。

本发明的技术效果是，通过将无线能量与数据传输结合在一起，形成一个超低调制深度的传输信号，同时满足对高有效能量转换效率与低误码率的要求；该无线能量与数据传输接收器能够检测获取该传输信号的数据信息，具有高集成度，低电路复杂度，超低功耗的特点，在植入式与可穿戴式的生物医学设备中有很大的应用前景。

附图说明

图1是本发明的超低调制深度传输信号的示意图。

图2是本发明的无线能量与数据传输接收器的结构框图。

图中标号：S1为恒量包络的无线能量传输信号，S2为较大调制深度的无线数据传输信号，S3为超低调制深度的无线能量与数据传输信号；21为可偏移限幅器，22为包络检测器，23为无线数据传输部分，24为整流器，25为接收线圈，26为外部储电设备。

具体实施方式

在下文中结合图示在参考实施例中更完全地描述本发明，本发明提供优选实施例，但不应该被认为仅限于在此阐述的实施例。

图1所示为本发明的超低调制深度传输信号的示意图，示意了一个恒量包络的无线能量传输信号S1，一个较大调制深度的无线数据传输信号S2，以及一个本发明所述的超低调制深度的无线能量与数据传输信号S3。S2中也示意了调制深度MD的定义：MD=A2/A1，其中A1与A2分别为ASK调制中0值和1值的幅度。采用S3所示的传输信号，调制深度小到仅0.1%，保证了高有效能量转换率，并保留了数据信息。

为了能够精确检测该超低调制深度的无线能量与数据传输信号，图2所示为本发明的无线能量与数据传输接收器的结构框图，其基于电感耦合的传输方式，线圈25接收到图1中的无线能量与数据传输信号S3，经过可偏移限幅器21偏移而去除大幅度载波的影响，紧接着包络检测器22则可以精确检测出数据信号，同时整流器24接收线圈25上的能量，给无线数据传输部分23供电，并向外部储电设备26充电。

由于无线能量与数据传输接收器整合了能量与数据接收功能于一体，可达到与纯无线能量接收相比拟的能量转换效率，与纯无线数据接收相比拟的误码率。由于其设计的超低功耗与超高集成度特性，尤其适用于各种植入式可穿戴式生物医学设备中，在其它可穿戴消费类电子等领域也可广泛应用。

以上通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

[1]D. Ye, R. van der Zee, B. Nauta, "A 915 MHz 175 uW Receiver UsingTransmitted-Reference and Shifted Limiters for 50 dB In-Band InterferenceTolerance" Special Issue of IEEE Journal of Solid State Circuit on ISSCC2016, Vol. 51, Issue 12, Page 3114-3124.。

Claims (4)

1.一种单频带无线能量与数据传输方法，其特征在于，仅采用一个频带同时传输能量与数据信息，该传输信号为幅度调制，拥有极小的调制深度。

2.如权利要求1所述的单频带无线能量与数据传输方法，其特征在于，所述传输信号调制深度小于0.1% 。

3.如权利要求1所述的单频带无线能量与数据传输方法，其特征在于，采用电感耦合的方式，或者采用电磁辐射的方式。

4.一种用于接收如权利要求1所述无线能量与数据传输信号的接收器，其特征在于，包括：

可偏移限幅器，用于将偏置电压偏移到包络电压，从而可以检测并放大微小的包络变化；

包络检测器，连接在可偏移限幅器后，用于检测包络并提取传输数据；

整流器，用于提取信号的能量，供电给所述可偏移限幅器与包络检测器，并提供外部电池充电。