一种无线片上系统用于MEMS生物医学足底压力传感器--朱金林

1、A Wireless System-on-Chip for MEMS Biomedical Plantar Pressure Sensor一种无线片上系统用于MEMS生物医学足底压力传感器作者：A.H.A Razak单位：澳大利亚、维多利亚大学、通信及微电子中心马来西亚、Teknologi MARA 大学、电子工程学院邮箱：.au论文主体内容本文主要讨论关于带有无线遥控的用于MEMS足底压力传感器的数字采集片上系统的设计及实现。该片上系统通过一个嵌入鞋子里的无线压力测量系统来对日常活动中的压力进行分析。无线传输的频段采用免费的

2、ISM频段（2.45GHz）。其特点是：低功耗、当传输速率为1.25Mbit/s时功率小于20mW、采用0.35um的CMOS技术设计出1mm2大小的片上系统。该片上系统被用来作为已被设计、制造和测试的MEMS压力传感器的接口。关键字：无线系统、足底压力、压力传感器简介一、重要性：足底压力是一种反映脚部健康方式。足底压力有很多应用：疾病诊断、运动分析、预防伤害、鞋类设计；最新的创新应用：身份识别、姿势分配和康复支持系统。二、常用传感器类型市场上和实验室常用的是 pressure platforms 和 in-shoe pressure systems。因为这两种传感器有自己的缺陷，所以维多利亚

3、大学的研究小组设计了一款基于MEMS技术的可以嵌入鞋垫的压力传感器，并以通过测试。研究小组的重心设计一个嵌入在嵌入鞋子里具有吸引力的的无线接口。因此，设计生物医学无线传感器系统用于获取病人的生物医学信号，并通过无线发送给远处的专家用于分析。三、生物医学无线传感器系统的优势数据采集可以脱离实验室、病人在日常生活中有更多地自由生物医学无线传感器系统面临的挑战：无线连接的鲁棒性、合适的发射频段、低功耗、小规模。系统结构无线通信技术对加强智能传感器的应用至关重要。系统工作流程MEMS Sensor采集到模拟信号，经过SAR-ADC转换成数字信号，数字信号存放在PISO寄存器中，PISO中的数据经过频移

4、键控调制（FSK），被调制成2.4GHz的数字信号，最后数字信号经过外部天线发射出去，发射速率可达1.25-Mbit/s。开始试验采用的现成的器件，每个模块的详细设计电路在作者的另外一篇论文里面。MEMS传感器MEMS传感器参数：大小：（3mm3mm1.5mm）测量范围：测量范围最高可达3GPa测量的压力和输出的电压成良好的线性关系，几乎没有延迟维多利亚大学研究小组已经设计出这种MEMS压力传感器，并通过测试。MEMS传感器具体实物图：测量压力与输出电压的关系压力传感器的分布图电路设计生物医学设备的典型要求是：低电压、低噪声模拟接口，所以对我们设计的系统提出了很高的低功耗和低成本的ADC。针对

5、这个要求，Successive Approximation Register ADC 电路时最佳选择。这种电路结构具有低功耗和良好的ADC转化功能，这种电路可以做成小规模的结构用于复杂的生物医学应用。电路主要结构：一个比较器、一个SAR、A charge-redistribution digital to analog convertor、一个并行输入串行输出的寄存器（PISO）SAR-ADC电路设计图各部分电路特点比较器：高灵敏度度、速度快、能够响应输入段2uV的峰峰值电压。比较器所依据的就是连续逼近算法。SAR（逐次逼近型寄存器）：SAR是控制DAC转换器的根本器件，作用就是读取比较器的输出和控制DAC的开关。具体是由一个8为移位寄存器和一组D触发器构成。PISO（并行输入串行输出寄存器）SAR-ADC电路特性VCO压控振荡器一般情况下，一个VCO是任何无线收发器和其他通信系统的重要组成部分。振荡器的频率设计成2.45GHz，2.45GHz是免费的应用于工业、科学、医疗的频段。环形VCO的具体参数如下图：仿真结果研究小组已经用Cadence软件设计出该芯片，并通过Cadence软件的仿真，采用的是0.35um CMOS电路设计采用的是：Cadence Virtuoso Schematic E