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作为脑-机接口的重要组成部分,植入式生物医疗电子器件承担着对生物电信号的采集、处理以及传输任务,无线数据发送是其中的重要部分。传统窄带通信利用上变频对信号进行传输的方法并不利于功耗优化,超宽带(UWB,ultra-wide band)无线通信具有脉宽窄、结构简单等优势,更适合生物医疗电子器件应用。有研究表明,在功耗约束下,当电源电压降低至1-V时,UWB输出脉冲幅度会显著减小,只有几十毫伏,造成接收端对信号的捕获非常困难。同时,随着数据处理速度的加快,发射机的信息传输速率也是需要考虑的关键问题。为了优化发射机的最大信息传输速率,并且提高低电压条件下输出脉冲幅度,本文在已有研究基础上,提出了一种新型多路子脉冲组合式超宽带发射机,具有延迟单元可调控、脉冲幅度大幅提升的技术优势。其主要设计方案和创新之处包括:1、输出幅度提升技术:本文提出的新型脉冲产生器在多路子脉冲组合基础上改进,为了改善低电压时输出脉冲幅度低的问题,设计了脉冲幅度抬升电路,通过电容极板间电荷不能骤变的特性,对第2、3支路子脉冲进行幅度抬升。在充放电时间不变的条件下,抬升后的脉冲导致MOS管导通电阻减小,等效电流增大,从而增大该支路输出脉冲幅度,提升脉冲峰峰值,为接收机对无线信号的捕获提供便利。2、基于不同编码的信息传输速率优化:巴克码具有较好的编码增益,可以有效降低误码率。本文设计的UWB发射机采用11位和7位巴克码编码,通过所传信息对巴克码序列进行选择,完成编码。最大传输速率分别为主时钟频率的1/11和1/7。巴克码编码器中多级D触发器的引入,占据了大量版图面积,为了减小芯片面积,提升信息传输速率,设计了曼彻斯特编码器,将最大传输速率提升至主时钟频率的1/2,芯片面积显著减小。最终,实现了基于不同编码方式下信息传输率的优化。3、脉宽调控技术:为了对抗温度、工艺、以及环境的变化,产生更加稳定的超宽带脉冲,本文设计实现了一种延迟单元可调控的脉冲产生器,通过MOS管的打开和关断,选择性地将各支路并入电路,通过改变反相器的等效电阻和等效电流,从而改变延迟时间,最终实现对脉宽的调控。本文所提出的UWB发射机采用0.18μm CMOS工艺,在Cadence软件下进行仿真。对传输速率快、面积小的曼彻斯特编码发射机进行流片,测试结果表明:该发射机在最大信息传输速率50MHz的条件下,系统功耗为559μW。在1V电压下,输出脉冲幅度从传统结构的43.15mV提升至105.32mV,脉冲宽度从7.2ns到9.4ns范围内可调,所产生的超宽带脉冲功率谱密度集中在1GHz以下,对人体损害小,能够满足FCC(FCC,Federal Communications Commission)对超宽带通信的要求。