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浙大专家研发新型芯片,帮助可穿戴设备“瘦身”

2018-12-21 08:40:07 显示全部楼层

随着生活方式日新月异的变化,人们对传统的可穿戴式设备提出了更多新的需求。为了解决如何变得轻便、如何让待机时间更长这一难题,浙江大学信息与电子工程学院赵博研究员设计了低功耗小型化人体信道通信收发机芯片。

要减少穿戴设备的体积,自然首先想到占体积最大的电池设备。传统的无线通信因为信号在空气中损耗大,所以需要消耗更多能耗,进而增大了电池体积。同时,因为无线收发机需要天线,无形中又增加了体积。

这两条线索都与无线通信形式有关,赵博采用人体信道通信来解决这两个问题。人体信道通信用人体体表作为信号传输的媒介,能显著降低通信的能耗、而且不需要天线。

一般而言,通信的发射端安装在健康监测设备上(如心电图监测设备),用户通过接收端(如智能手表、手机等)看到数据。要实现这种信号的通信,需要一个21 MHz的载波,实际系统中这个载波在调制后会有一个长长的“尾巴”,一直拖到接近0Hz的低频。然而,一般的生理信号都在2MHz以下的低频段,因此一旦通信信号打开,它的“尾巴”就会严重干扰人体生理信号(如心电图、脑电图等)的监测。

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    因为大部分电路实现了数字化,所以芯片尺寸缩小到820um x 820um

那如何“抓到”这些微弱的生理信号呢?其他科研人员早有办法,他们通过在芯片外再叠加一个滤波器,可以实现对“尾巴”的抑制比达到-80.3个分贝。作为实验室的产物,这确实已经为解决问题找到了一条途径。

但是赵博并不满足于片外滤波器,他想在单芯片上实现“修剪尾巴”。他说,特别是当传输距离远、发射功率高的时候,这个“尾巴”成为人体信道通信的严重问题,只有对其进行有效的修剪,才能避免其对人体生理信号的干扰。

这个方法就是数字化频谱成型技术,能够抑制发射机在2MHz以下的低频频谱。较目前世界上最先进的带低频抑制的人体信道通信芯片相比,该芯片首次实现了全集成,对2MHz处“尾巴”的抑制比达到-86.5个分贝,比国际领先水平改进了6.2个分贝。与此同时,通过技术创新,他还缩减了芯片尺寸,比国际最新的人体通讯芯片减小了80%以上,只有0.6724平方毫米。

赵博希望,未来这项芯片技术能够更早地应用到产业化中,“只有产业化才能体现实验室芯片设计的价值。”他表示,这项技术面向可穿戴式设备,可广泛使用到医疗健康领域,如心电图、肌电图的通信设备。

赵博的这项研究被IEEE固态电路期刊(简称JSSC)刊发,合作单位有浙江大学、新加坡国立大学、美国加州大学伯克利分校、加拿大约克大学。JSSC是集成电路领域的著名期刊,自1966年创刊以来,共发表12300余篇,大陆地区仅发表文章50余篇,这也是继信电学院韩雁教授与何乐年教授之后,浙大有史以来第三篇JSSC上的发文。

原文链接:https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8520924

来源:浙大官网

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