[發明專利]無線控制的微型植入式無線供能電源管理集成電路芯片

有效

• 申請號: 200910101381.1
• 申請日: 2009-07-30
• 公開（公告）號: CN101632576A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 葉學松;王鵬;梁波;劉峰;葛文勛
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61N1/00;H02J17/00;H02J7/00;H03K19/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司
• 代理人: 林懷禹

技術領域

本發明涉及集成電路、無線控制的植入式無線供能電源管理集成電路芯片，屬于植入式醫療儀器技術領域。

背景技術

隨著集成電路技術的發展，各種植入式醫療儀器達到更加小型化，功能更強。

植入式醫療儀器種類很多，而且價格昂貴，如各種信號采集器(植入血壓、血糖)，刺激器(肌肉、神經)，人工器官等。限制各種儀器使用壽命的關鍵問題是能量供給問題。若用電池供給能量，不僅增大植器件的體積(許多電池占整個植入器件體積的90％)，造成患者不適，而且電池容量影響器件壽命，一旦電池耗盡，需要手術更換，給患者帶來巨大的痛苦和經濟負擔。能量供給能力也成為限制植入儀器功能的主要因素之一，許多優秀的設計因為供能不足而無法實現。因此，無線供給能量對植入儀器具有非常重要的意義。

植入式醫療儀器植入患者體內，與體外供電裝置有皮膚隔離，需要經皮無線供電方式，一般基于電磁耦合原理，利用電磁場穿透皮膚傳遞能量。利用電磁場傳遞能量，需要患者佩戴外部充電裝置，但體內體外電磁耦合不穩定導致植入器件功能不穩定而失效。為了增強植入儀器的功能和延長使用壽命，目前國際上最關注的是使用無線供能和同時配備備用電池的方案。這就要求植入器件的電源管理模塊需要在無線功能和電池供能之間切換選擇能量來源來保證器件能量供應。

另一方面，植入器件的供電需求日益復雜。隨著半導體工藝的發展，功能復雜性與日俱增，植入器件需要的供電電壓各不相同，由5V，3.3V、1.8V、1.2V甚至1V以下。對電源管理集成電路芯片的需求具有多樣性的特點。

植入器件的電源管理需要無線控制。在植入人體后，大部分時間是待機狀態，只有在關鍵的時刻需要及時被喚醒進行工作。因此在不需要植入器件工作的時候關斷其電源可以節省大量的能源，而在需要器件工作的時候需要可靠地喚醒器件。隨著植入器件功能復雜化，往往還需要接收復雜的控制信號控制其工作狀態。而植入的使用方式限制了控制只能由無線方式進行。為了無線接收控制信號，需要增加傳輸信號的無線通路，這會增加一個接收天線，增大植入器件體積。目前國際上先進的解決方案是復用供能和傳輸控制信號的通路，即用一對線圈同時傳輸能量和控制信號。

傳輸控制信號的調制方式是ASK、PSK、FSK。PSK、FSK信號幅度不變，傳輸控制信號的同時不影響能量供給。但PSK存在相位模糊或時鐘同步的問題，電路設計復雜度高，FSK解調電路更加復雜，增加芯片面積和成本。而ASK調制方式相對簡單，適合植入式器件傳遞信息。但是ASK調制信號幅度改變，減弱的信號攜帶的能量少，會減弱電源供電能力，甚至導致植入器件無法工作。

中國專利CN1200213使用電源信號采樣的無線供電通信裝置和方法采用的是分立元件設計，需要低功耗的微處理器作為控制單元或無線發射驅動單元。其體積和成本較大。

美國專利US5733313A1和US5733313A“RF?coupled?implantable?medicalsystem?with?rechargeable?power?source-has?second?control?device?coupledto?RF?energy?receiver，to?rechargeable?battery，to?RF?signal?transmitterand?to?implantable?medical?device，for?adjusting?charging?current”采用獨立的能量和信號兩路無線RF耦合的方式，為體內提供能量并傳輸信號，采用了體內體外兩個控制器進行閉環控制。其缺點是：需要兩路信號通路，增大了整個裝置的體積和成本。

發明內容

本發明的目的是提供一種小體積的無線控制的微型植入式無線供能電源管理集成電路芯片。

本發明的技術方案是：該無線控制的微型植入式無線供能電源管理集成電路芯片包括接收天線、整流電路、穩壓電路、解調電路、控制電路和開關電路，所述整流電路分別與接收天線、穩壓電路和解調電路連接，所述穩壓電路分別與解調電路的輸入端和開關電路連接，所述控制電路包括或門、與非門和RS觸發器，所述或門的輸出端和與非門的一個輸入端連接，所述RS觸發器的輸出端和與非門的另一個輸入端連接，所述穩壓電路的輸出端口與或門的輸入端連接，所述RS觸發器的S端和解調電路的輸出端口連接，所述RS觸發器的R端和穩壓電路的輸出端口連接，所述與非門的輸出端通過控制電路的輸出端口與開關電路連接，所述或門的輸入端和開關電路的輸出端口連接。