[发明专利]一种基于模拟电路的类数字QPSK调制电路

说明书

本发明涉及植入式生物医疗领域，具体而言，涉及一种基于模拟电路的类数字QPSK调制电路。本发明采用模拟电路具体实现，包括载波产生模块、基带信号转换模块、信号调制模块；载波产生模块由低频参考信号得到相位稳定的高频载波；基带信号转换模块用于将基带信号进行串‑并转换；信号调制模块将由载波产生模块得到的载波信号与两路基带信号进行正交相移键控调制。本发明结构流程清晰，由于采用模拟电路低功耗技术实现，具有更高的能量效率。

技术领域

本发明涉及植入式生物医疗领域，具体而言，涉及一种基于模拟电路的类数字QPSK调制电路，其为可植入式收发机的调制电路。

背景技术

据全球市场研究公司Allied Market Research发布的《植入式医疗器械市场报告》显示，由于全球老年人口增加、心血管疾病发病率持续上升，以及技术不断创新，2016年至2020年，植入设备市场预计以7.1％的复合年率增长，到2022年，全球市场规模预计将达到1163亿美元。

在国内，我国多次出台相关文件，指导植入式医疗器械产业良性发展。特别近些年来，随着医疗技术和CMOS技术的发展，一些可植入设备被广泛在临床上应用，包括心脏起搏器、胰岛素泵、神经刺激器等。它们具有数据采集、无线连接、远程监控、近场通信等功能，不仅可以监测各种人体健康指标，还可以治疗疾病和修复人体机能。由于这些设备植入人体，当设备的内部电池电量耗尽时，需要将其取出并通过手术更换。但是替换期间感染的风险是最初植入时的三倍，目前的植入式设备要求至少能够工作10年，这对功耗提出了严格的要求。

当前使用的植入式收发机大部分采用数字电路实现，导致无线数据传输图像等数据所消耗的功率可能占总功耗的一半以上。另外，为了满足植入设备的可靠性和精度要求，一些多通道高分辨率采样的植入系统越来越多应用到这些设备上。例如，在2016的IEEE期刊Transactions on Biomedical Circuits and Systems上就有人提出了8通道，5-bit分辨率，100kSample/s采样率的植入式刺激器，其需要的数据收发率已达到4Mb/s，因此如何提高调制器的能量效率是一个值得研究的问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于模拟电路的类数字QPSK调制电路。本发明的电路可在高噪声通道下保持较低误码率，且功耗低，从而可以作为可植入式收发机的调制电路。

本发明的技术方案是：一种基于模拟电路的类数字QPSK调制电路，包括载波产生模块、基带信号处理模块、信号调制模块，其特征在于：载波产生模块，所述的载波产生模块由低频的输入参考信号通过一个锁相环和移相器后得相位稳定的高频载波信号；基带信号处理模块，所述基带信号处理模块用于对基带信号进行串-并转换；信号调制模块，所述信号调制模块对基带信号处理模块的输出进行正交相移键控调制。

根据如上所述的一种基于模拟电路的类数字QPSK调制电路，其特征在于：载波产生模块包括锁相环和移相器，锁相环的主要包括鉴相器，电荷泵，滤波器，压控振荡器和除频器，压控振荡器的输出频率由输入Vctrl控制，除频器的输入信号是压控振荡器的输出信号FOUT，鉴相器的两个输入信号是参考信号FREF和除频器的反馈输出FB，鉴相器比较FB和FREF的相位误差，以产生相位误差信号Pe，然后误差信号Pe由电荷泵转换为电流信号，并由低通滤波器进行滤波以消除高频噪声，从而调节Vctrl的大小，借此校正VCO的输出信号FOUT的频率，压控振荡器的输出FOUT经移相器后得到相位相差90°的载波信号I，IB，Q和QB。

根据如上所述的一种基于模拟电路的类数字QPSK调制电路，其特征在于：参考信号FREF为8MHz。

根据如上所述的一种基于模拟电路的类数字QPSK调制电路，其特征在于：压控振荡器的输出信号FOUT为64MHz。