Un sistema integrado inalámbrico CMOS de 6 Mbps y 7 pJ/bit de transferencia simultánea de información y energía mediante luz para implantes biomédicos
Autores: De Marcellis, Andrea; Di Patrizio Stanchieri, Guido; Faccio, Marco; Palange, Elia; Constandinou, Timothy G.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Un sistema integrado inalámbrico CMOS de 6 Mbps y 7 pJ/bit de transferencia simultánea de información y energía mediante luz para implantes biomédicos
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Eléctrica y Electrónica
Palabras clave
Transferencia de energía
Transmisión de datos
Láser semiconductor
Transferencia de energía óptica inalámbrica
Técnica de modulación
Eficiencia energética
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 38
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta un sistema de Transferencia de Información y Energía Simultánea por Onda de Luz (SLIPT) para aplicaciones biomédicas implantables compuesto por una unidad externa e interna (es decir, implantable) diseñada a nivel de transistor en tecnología CMOS Si estándar de TMSC 0.18 um, que requiere áreas de Si de 200 x 260 um y 615 x 950 um, respectivamente. La unidad externa de SLIPT emplea un láser semiconductor para transmitir datos y energía a la unidad interna de SLIPT, que contiene un módulo de Transferencia de Energía Inalámbrica Óptica (OWPT) para suministrar energía a su circuito y, en particular, al módulo receptor de datos. Para habilitar estas operaciones, el módulo transmisor de la unidad externa de SLIPT utiliza una novedosa técnica de modulación de posición de pulso sincronizado multilevel inversa basada en reducir la corriente de conducción del láser a cero para que produzca pulsos láser con un perfil de intensidad invertido. Esta técnica de modulación permite: (i) que la unidad externa de SLIPT codifique y transmita paquetes de datos de símbolos de 6 bits recibidos y decodificados por la unidad interna de SLIPT; y (ii) suministrar el módulo OWPT también en el periodo entre la transmisión de dos paquetes de datos consecutivos. El módulo receptor opera durante una ventana de tiempo de 12.5 us cada 500 us, siendo este el tiempo necesario para que el módulo OWPT recupere completamente la energía para alimentar la unidad interna de SLIPT. Las simulaciones posteriores a la disposición demuestran que el sistema SLIPT propuesto proporciona una velocidad de transferencia de datos final de 6 Mbps, una eficiencia energética de 7 pJ/bit y una eficiencia de transferencia de energía del módulo OWPT del 40%.
Descripción
Este documento presenta un sistema de Transferencia de Información y Energía Simultánea por Onda de Luz (SLIPT) para aplicaciones biomédicas implantables compuesto por una unidad externa e interna (es decir, implantable) diseñada a nivel de transistor en tecnología CMOS Si estándar de TMSC 0.18 um, que requiere áreas de Si de 200 x 260 um y 615 x 950 um, respectivamente. La unidad externa de SLIPT emplea un láser semiconductor para transmitir datos y energía a la unidad interna de SLIPT, que contiene un módulo de Transferencia de Energía Inalámbrica Óptica (OWPT) para suministrar energía a su circuito y, en particular, al módulo receptor de datos. Para habilitar estas operaciones, el módulo transmisor de la unidad externa de SLIPT utiliza una novedosa técnica de modulación de posición de pulso sincronizado multilevel inversa basada en reducir la corriente de conducción del láser a cero para que produzca pulsos láser con un perfil de intensidad invertido. Esta técnica de modulación permite: (i) que la unidad externa de SLIPT codifique y transmita paquetes de datos de símbolos de 6 bits recibidos y decodificados por la unidad interna de SLIPT; y (ii) suministrar el módulo OWPT también en el periodo entre la transmisión de dos paquetes de datos consecutivos. El módulo receptor opera durante una ventana de tiempo de 12.5 us cada 500 us, siendo este el tiempo necesario para que el módulo OWPT recupere completamente la energía para alimentar la unidad interna de SLIPT. Las simulaciones posteriores a la disposición demuestran que el sistema SLIPT propuesto proporciona una velocidad de transferencia de datos final de 6 Mbps, una eficiencia energética de 7 pJ/bit y una eficiencia de transferencia de energía del módulo OWPT del 40%.