[发明专利]一种高速的植入式信号收发机

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，特别涉及一种高速的植入式信号收发机。

背景技术

实时的记录人的生理信号或对特定区域的区域进行刺激，对于科学研究和临床医疗都具有重大的意义。目前在学术界已经设计了很多种植入式的生理信号采集装置，将这些装置植入到体内可以提取各类生理信号。提取到的信号经过处理或者直接以原数据形式发送到体外的设备，从而实现对人体内生理机能的监控。另外，各种刺激装置，如传统的电刺激器、药物释放器以及最近发展的光刺激器，都可以植入体内的特定区域，将数据从体外设备传输到植入的刺激装置，就可以在特定时间提供特定的刺激。以上两类研究，都需要植入式装置与体外设备之间有高速的数据信号传输。

传统的技术方案，通过金属导线与外部设备与体内的植入装置直接相连来实现信号的传输。在医学应用中，通过金属导线将植入体内的装置与外部设备直接相连的传输方式容易导致二次感染。其次，这种方式一般会将被检测体麻醉，这样就很难记录处于非麻醉状态下自由活动的人的生理机能状况，且无法长期记录。再次，该方案在刺激与记录时无法做到双工通信。

另外一种方法，信号通过射频传输方式与外部设备通信。采用射频传输可以解决金属线传输的问题。但其缺点是传输速率慢，相对功耗高，且线圈体积大从而限制其植入位置。体内电路产生过大热量易造成组织损伤，易受到其他射频信号的干扰。

利用人体本身具有的导体性质以及相对稳定的光传输特质，采用体信道传输与光传输相结合的方式，不仅可以解决金属线传输的二次感染问题，而且相比于射频方式，可以实现低功耗的高速传输，减少发热量对组织造成的损伤。在延长植入系统电池的使用时间的同时，不易受周围环境的干扰。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种高速的植入式信号收发机，以避免有线连接造成的伤口感染，提高数据传输速度，降低功耗，延长电池的使用寿命。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种高速的植入式信号收发机，该信号收发机包括第一传输电极1、第二传输电极2、折射微透镜3和皮下植入芯片4，其中皮下植入芯片4的输出端连接于第一传输电极1和第二传输电极2，第一传输电极1和第二传输电极2贴合在皮下组织上，折射微透镜3附着在皮下植入芯片4上，且位于皮肤组织和皮下植入芯片4之间。

上述方案中，所述第一传输电极1和第二传输电极2为与皮肤接触的干式电极，用于将皮下植入芯片4发出的电信号通过皮肤耦合传输到体外。

上述方案中，所述折射微透镜3采用光刻胶热回流技术制备，与皮下植入芯片4兼容，折射透镜3附着于皮下植入芯片4上，用于将透过皮肤组织的光信号聚焦到皮下植入芯片4上的光电探测器，以此增强光传输效率。

上述方案中，所述皮下植入芯片4包括光电探测器41、放大电路42、时钟恢复电路43、判决电路44、编码器45、时钟调整电路46、调制器47、驱动器48和电源管理电路49，其中：光电探测器41探测到体外装置传入的经过皮肤组织的光信号，将该光信号转化为电流信号，并经由放大电路42放大，时钟恢复电路43和判决电路44恢复，得到体外装置传入的经过皮肤组织的该光信号，然后输出给植入式设备；编码器45接收植入式设备的数据，时钟调整电路46根据输入的时钟生成两相不交叠时钟，通过调制器47和驱动器48产生双向电流信号，输出到第一传输电极1；电源管理电路49为皮下植入芯片4上的各单元供电，并产生一路参考电平Vcm，输出到第二传输电极2上。

上述方案中，所述驱动器48产生的双向电流，其强度为正负80至120微安培。所述时钟调整电路46，用于根据输入的时钟信号产生反向的两相不交叠时钟。所述编码器45，用于将输入的数据信号进行差分曼彻斯特编码。所述调制器47，用于将差分曼彻斯特编码的数据信号，与两相不交叠时钟调制，使驱动器48产生带有数据信号的正负电流，输出到第一传输电极1。所述放大电路42包括跨阻放大器421、限幅放大器422和主放大器423，其中，跨阻放大器421的输入与光电探测器41的输出相连，跨阻放大器421、限幅放大器422以及主放大器423顺序连接，跨阻放大器421将光电探测器41产生的电流信号转换为电压信号，经由限幅放大器422放大为摆幅足够大的电平信号，主放大器423完成对限幅放大器422增益的补充，最终使输出电平满足时钟恢复电路43和判决电路44的信号输入要求。所述跨阻放大器421，采用调节型共源共栅结构。