Auxiliary-Carrier Load-Shift Keying for Reverse Data Telemetry from Biomedical Implants

ABSTRACT

This paper introduces a new approach for data telemetry from biomedical implantable devices to the external world (also known as reverse data telemetry). In the proposed approach, while power (and perhaps data) is transferred to the implant using a main carrier, a second carrier is also sent to the implant through the same link. The second carrier, which is of higher frequency and smaller amplitude, is envisioned for reverse data telemetry by load-shift keying. In this work, the wireless link is realized with two resonant frequencies using closely-coupled printed spiral coils and LC matching networks. The main and auxiliary carrier frequencies are 1MHz and 10MHz with 5V and 1V peak amplitudes, respectively. While the link is capable of continuously supplying unregulated power of up to 80mW at 4V(peak) to a 100-Ω resistive load, data telemetry at a rate of 100 kbps is successfully tested in the reverse direction.

INTRODUCTION

Microsystems designed to be implanted inside the body need to interface with the external world through wireless connection. In general, wireless interfacing to implantable biomedical microsystems is used for power telemetry to the implanted electronics as well as for bidirectional data exchange between the implant and the external . There are two common approaches for wireless data transfer from implantable microsystems to  the outside world: – In a wide variety of microsystems, data transmission in the reverse direction (from the implant to the outside world) is realized through a wireless channel different from the one used for forward data telemetry (from an external setup to the implant). In this approach, digital data is first modulated with a wide variety of schemes such as On-Off keying (OOK) , frequency-shift keying (FSK) , and phase-shift keying (PSK) , and then wirelessly transmitted to the outside world over a short to moderate range. – In some other works, reverse data can be telemetered to the external setup through the same link used for both power  and forward data telemetry. This can potentially save considerable amount of power and physical dimensions by not using a separate transmitter for reverse data telemetry. The price is, however, paid by some  additional circuit complexity and power consumption on the external side of the wireless link, where there is virtually no constraint on power and size.  

چکیده

این مقاله یک رویکرد جدید برای سنجش داده های داده شده از دستگاه های ایمپلنت زیست پزشکی به دنیای خارج (همچنین به عنوان سنجش داده های معکوس شناخته می شود) را معرفی می کند. در رویکرد پیشنهادی، در حالی که قدرت (و شاید داده ها) به ایمپلنت با استفاده از یک حامل اصلی منتقل می شود، حامل دوم نیز به همان پیوند به ایمپلنت فرستاده می شود. دومین حامل که از فرکانس بالاتر و دامنه کوچکتر است، برای تله متری داده های معکوس با استفاده از کلیدگذاری تغییر بار در نظر گرفته شده است. در این کار، لینک بی سیم با استفاده از دو فرکانس رزونانس با استفاده از کویل مارپیچی و LC مطابق با هم پیوسته است. فرکانس های حامل اصلی و کمکی 1MHz و 10MHz با 5V و 1V amplitude peak هستند. در حالی که این پیوند قادر است به طور مداوم قدرت ولتاژ کنترل نشده تا 80 مگاوات را در 4V (حداکثر) به یک بار مقاومتی 100 Ω تحمل کند، تله متری داده با سرعت 100 کیلوبیت بر ثانیه در جهت معکوس موفقیتآمیز است.

مقدمه

میکروسکوپهای طراحی شده برای وارد شدن به داخل بدن نیاز به ارتباط با دنیای بیرون از طریق اتصال بی سیم دارند. به طور کلی، اتصال بیسیم به میکروسیستم های زیست پزشکی قابل کاشت برای تله متری قدرت به الکترونیک اعمال می شود و همچنین برای تبادل داده دو طرفه بین ایمپلنت و خارجی استفاده می شود. دو رویکرد رایج برای انتقال داده بی سیم از میکروسکوپ های قابل implantable به جهان خارج وجود دارد: – در طیف گسترده ای از میکرو سیستم ها، انتقال داده ها در جهت معکوس (از ایمپلنت به جهان خارج) از طریق یک کانال بی سیم متفاوت از یک تله متری داده های رو به جلو (از راه اندازی خارجی به ایمپلنت) استفاده می شود. در این رویکرد، داده های دیجیتال برای اولین بار با طیف گسترده ای از طرح ها مانند کلید خاموش کردن (OOK)، کلیدکسینگ فرکانس (FSK) و کلیدگذاری فاز (PSK)، و سپس بی سیم به جهان خارج منتقل می شود بیش از محدوده کوتاه تا متوسط. – در برخی از آثار دیگر، داده های معکوس را می توان به راه اندازی خارجی از طریق همان لینک مورد استفاده برای هر دو تله متری داده های قدرت و پیش رو تنظیم شده است. این به طور بالقوه می تواند حجم قابل توجهی از ابعاد قدرت و فیزیکی را بدون استفاده از یک فرستنده جداگانه برای تله متری داده های معکوس صرفه جویی کند. با این حال، قیمت با پیچیدگی مدار اضافی و مصرف برق در قسمت خارجی لینک بی سیم، جایی که تقریبا هیچ محدودیتی در قدرت و اندازه وجود ندارد، پرداخت می شود.

Year: 2012

Publisher : IEEE

By : Mousa Karimi , Amir M. Sodagar , Mehdi Ehsanian Mofrad , and Parviz Amiri

File Information: English Language/ 4 Page / size: 415 KB

Download

سال : 1391

ناشر : IEEE

کاری از : موسوی کریمی، امیر سادگار، مهدی احسانانیان مفتخر و پرویز امیری

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 4 صفحه / حجم : KB 415

لینک دانلود