An emerging approach that replaces OTAs with more power-efficient comparators is shown in Figure 12b (80). Here, instead of driving the output with an OTA, the current source charges it until the comparator's input voltage ramps to zero. Subsequently, the comparator trips, and the current source is disabled with the output at 2VIN. As mentioned in Section 3.2.1, the nonlinear comparator can be implemented far more efficiently and its performance scales more favorably with advanced technologies. Other ADC architectures have also been mapped to pipelined stages for enhanced conversion rate; in Reference 81, for instance, time-based conversion and processing are performed at each stage without OTAs, increasing the performance of integrating ADCs.
3.3. Communication Transceivers
The communication subsystem allows a biomedical device to send and receive information to and from other devices. This information can serve as commands, such as configuration instructions, or data, such as samples from a sensor. For many basic applications, the communication link can be realized with a wired connection. Two existing wired applications are the connection between a pacemaker to its pacing leads and the connection between a pulse oximeter and a finger-mounted sensor (1). Due to the limitations of wired links, wireless communication is the dominant method of communication for biomedical devices.
The primary method of wireless communication is via electromagnetic waves through the air, either via low-frequency, near-field inductive coupling or higher-frequency, far-field wireless transmission. An alternate, emerging approach is to use the human body as a transmission medium (82). These systems typically involve attaching electrodes to a user's skin that communicate via electrostatic coupling (83), electromagnetic waves (84), or electrooptic conversion (85). This section focuses on electromagnetic communication. However, the low-power techniques described can be applied to all communication systems, regardless of the transmission media.
3.4.1. Near-field electromagnetic wireless communication.Near-field communication operates on the principle of electromagnetic induction between two nearby coils, and is nearly identical to the concept of wireless power transfer described in Section 3.1.1. A key difference, however, is that while power transfer forms a unidirectional link, data transfer is often bidirectional, consisting of a forward and a reverse link. For implanted systems where one side of the communication link is volume and energy constrained, the forward link can consist of a high-powered transmitter that transmits both power and data, whereas the reverse link transmits only data. Due to the volume and energy constraints facing implanted systems, near-field communication links are typically limited in range to a few centimeters.
One example application of near-field communication is for data and power transfer from an external cochlear speech processor to its associated implanted stimulator (86). This application requires data rates on the order of 1 Mbps and a distance of only a few centimeters, operating at carrier frequencies such as 49 MHz (87). For emerging biomedical applications, such as neurostimulators and artificial retina, higher data rates are required. To support such high data rates using near-field communication, the wireless link requires higher bandwidths, necessitating lower-quality factor antenna coils. Data rates up to 2.5 Mbps have been demonstrated using coherent frequency shift keying with carrier frequencies of 5 and 10 MHz (88). An alternative method to achieve high data rates is via far-field electromagnetic wireless communication.
3.4.2. Far-field electromagnetic wireless communication.To realize high data rates at communication distances longer than a few centimeters, far-field electromagnetic communication is preferable to near-field communication. Far-field communication links for biomedical devices operate at carrier frequencies of hundreds of megahertz and above. The majority of low-power wireless transceivers are half-duplex where data transmission and reception do not occur simultaneously, and thus there is a transmit/receive switch connecting either the transmitter or receiver to the antenna.
Wireless standards.A key trend in far-field wireless communication is the emergence of standards that ensure coexistence or interoperability between devices. Early biomedical devices used ad-hoc, propriety communication protocols with only basic coexistence support. As biomedical devices become more prevalent, these proprietary radios are becoming less practical and more expensive than standards-compliant radios. Key low-power standards for biomedical devices are MICS, WMTS, Bluetooth (IEEE 802.15.1), and Zigbee (IEEE 802.15.4). Of these standards, Bluetooth and Zigbee require interoperability, whereas MICS and WMTS only require coexistence.
Energy-efficient circuits and systems.All
ที่เกิดขึ้นใหม่ที่แทนที่ด้วยวิธีการเปรียบเทียบประสิทธิภาพพลังงาน แสดงไว้ในรูป 12A ( 80 ) ที่นี่ แทนการขับรถ ออก กับ โอตะ , แหล่งที่มาปัจจุบันค่าใช้จ่ายมันจนเป็นทางลาดเปรียบเทียบแรงดันศูนย์ โดยเปรียบเทียบการเดินทางและแหล่งที่มาปัจจุบันคือความสะดวกกับผลผลิตที่ 2vin . ตามที่ระบุไว้ในมาตรา ดำเนินงาน การเปรียบเทียบเชิงเส้นที่สามารถดำเนินการได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น และ ประสิทธิภาพของเครื่องชั่งมีการสนับสนุนด้วยเทคโนโลยีขั้นสูง สถาปัตยกรรมของระบบอื่น ๆยังได้รับการแมปไปยัง pipelined ขั้นตอนเพื่อปรับปรุงอัตราการแปลง ; ในการอ้างอิง 81 , เช่น , ตามการแปลงและการประมวลผลจะดำเนินการในแต่ละขั้นตอนโดยการเพิ่มประสิทธิภาพของการรวม adcs .3.3 . การสื่อสารระยะไกลระบบการสื่อสารที่ช่วยให้อุปกรณ์ชีวการแพทย์ เพื่อรับและส่งข้อมูลไปยังและจากอุปกรณ์อื่น ๆ ข้อมูลนี้สามารถใช้เป็นคำสั่ง เช่น คำสั่ง ปรับแต่ง หรือข้อมูล เช่นตัวอย่างจากเซนเซอร์ สำหรับการใช้งานพื้นฐานมาก การเชื่อมโยงการสื่อสารสามารถตระหนักกับสายเชื่อมต่อ สองที่มีอยู่สายการใช้งานมีการเชื่อมต่อระหว่างเครื่องที่เดินนำและติดตั้งการเชื่อมต่อระหว่างชีพจร oximeter และนิ้ว เซ็นเซอร์ ( 1 ) เนื่องจากข้อ จำกัด ของการเชื่อมโยงการสื่อสารไร้สาย , เป็นวิธีการของการสื่อสารสำหรับอุปกรณ์ที่เด่นทางวิธีการหลักของการสื่อสารไร้สายผ่านคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าผ่านอากาศให้ผ่านความถี่ต่ำหรือสูงกว่า , coupling อุปนัยใกล้ไกล - นา - นา ส่งคลื่นความถี่ไร้สาย วิธีการสลับที่เกิดขึ้นใหม่คือการใช้ร่างกายมนุษย์เป็นสื่อกลางในการส่ง ( 82 ) ระบบเหล่านี้มักจะเกี่ยวข้องกับติดขั้วไฟฟ้าเพื่อผิวของผู้ใช้ที่สื่อสารผ่านทางไฟฟ้าสถิต แต่งงาน ( 83 ) , คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ( 84 ) หรือการแปลง electrooptic ( 85 ) ในส่วนนี้จะเน้นการสื่อสารทางแม่เหล็กไฟฟ้า อย่างไรก็ตามราคาพลังงาน - เทคนิคที่อธิบายไว้สามารถใช้ได้กับทุกระบบ ไม่ว่าการส่งผ่านสื่อ3.4.1 . ใกล้สนามแม่เหล็กไฟฟ้า communication.near-field การสื่อสารไร้สายทำงานบนหลักการของแม่เหล็กไฟฟ้าระหว่างสองที่ ขดลวด และเกือบจะเหมือนกันกับแนวคิดของการไร้อำนาจอธิบายในส่วน 3.1.1 . ความแตกต่างที่สำคัญคือ ในขณะที่การถ่ายโอนอำนาจรูปแบบการเชื่อมโยงทางเดียว การถ่ายโอนข้อมูลแบบสองทิศทางคือมักจะประกอบด้วยไปข้างหน้าและเชื่อมโยงย้อนกลับ เพื่อปลูกฝังระบบที่ด้านหนึ่งของการเชื่อมโยงการสื่อสารเป็นปริมาณและพลังงาน จำกัด การเชื่อมโยงไปข้างหน้าจะประกอบด้วยเครื่องส่งสัญญาณกำลังสูงที่ส่งผ่านทั้งพลังงานและข้อมูลในขณะที่ย้อนกลับเชื่อมโยงส่งข้อมูลเท่านั้น เนื่องจากปริมาณพลังงานและข้อจำกัดซึ่งปลูกฝังระบบสื่อสารเชื่อมโยงใกล้มักจะ จำกัด ในช่วงไม่กี่เซนติเมตรตัวอย่างหนึ่งของการติดต่อสื่อสารสำหรับข้อมูลและถ่ายโอนพลังงานใกล้จากภายนอกประสาทหูประมวลผลของการพูดที่ฝังเครื่องกระตุ้น ( 86 ) โปรแกรมนี้ต้องมีอัตราข้อมูลในการสั่งซื้อ 1 Mbps ระยะทางเพียงไม่กี่เซนติเมตร ปฏิบัติการที่ความถี่พาหะเช่น 49 MHz ( 87 ) สำหรับการใช้งานทางการแพทย์ใหม่ๆ เช่น neurostimulators จอตาเทียมและอัตราข้อมูลที่สูงขึ้นจะต้อง เพื่อสนับสนุนอัตราข้อมูลสูงโดยใช้การสื่อสารเชื่อมต่อแบบไร้สายต้องใช้อุปกรณ์ที่ใกล้ , สูงขึ้น , necessitating ลดลง ปัจจัยคุณภาพเสาอากาศม้วน ข้อมูลอัตราถึง 2.5 Mbps ได้รับการแสดงให้เห็นถึงการใช้ความถี่ที่สอดคล้องกันความเร็วกับผู้ให้บริการคลื่นความถี่ 5 และ 10 เมกกะ ( 88 ) วิธีอื่นเพื่อให้บรรลุอัตราข้อมูลสูงผ่านการสื่อสารไร้สายไกล - นา - นาแม่เหล็กไฟฟ้า3.4.2 . ไกลสื่อสารไร้สายแม่เหล็กไฟฟ้า เพื่อทราบอัตราข้อมูลสูงระยะทางการสื่อสารนานกว่าไม่กี่เซนติเมตร การสื่อสารทางไกล - นา - นาเป็นของที่อยู่ใกล้เขตข้อมูลสื่อสาร การเชื่อมโยงสำหรับอุปกรณ์ชีวการแพทย์ ห่างสนามสื่อสารใช้ความถี่พาหะของหลายร้อยเมกะเฮิรตซ์ขึ้นไป ส่วนใหญ่ของพลังงานไร้สาย transceivers ครึ่งเพล็กซ์ ที่ส่งข้อมูลและรับไม่เกิดขึ้นพร้อมกัน และดังนั้นจึง รับ / ส่งสลับการเชื่อมต่อทั้งสองตัวส่งหรือรับเสาอากาศมาตรฐานไร้สายไกล - นา - นา แนวโน้มหลักในการสื่อสารไร้สายคือการเกิดขึ้นของมาตรฐานที่ให้การอยู่ร่วมกันหรือร่วมกันระหว่างอุปกรณ์ อุปกรณ์ทางการแพทย์ก่อนใช้ตามความเหมาะสม , โปรโตคอลการสื่อสารที่มีเพียงพื้นฐานการสนับสนุน เป็นอุปกรณ์ชีวการแพทย์กลายเป็นที่แพร่หลายมากขึ้นกว่าที่เป็นกรรมสิทธิ์เหล่านี้จะกลายเป็นน้อยกว่าในทางปฏิบัติและมีราคาแพงกว่ามาตรฐานตามวิทยุ มาตรฐานที่สำคัญสำหรับอุปกรณ์ชีวการแพทย์มี MICs - wmts , Bluetooth ( IEEE 802.15.1 ) และ ZigBee ( IEEE 802.15.4 ) มาตรฐานเหล่านี้และบลูทู ธ ZigBee ใช้ร่วมกัน ส่วนไมโครโฟนและ wmts เท่านั้นที่ต้องการอยู่ร่วมกันพลังงานอย่างมีประสิทธิภาพและระบบวงจร .
การแปล กรุณารอสักครู่..