毕业论文——双频带无线能量与数据传输的线圈验证与系统实现

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1、SHANGHAIJIAOTONGUNIVERSITY学士学位论文THESISOFBACHELOR论文题目：双频带无线能量与数据传输的线圈验证与系统实现学生姓名:学生学号:专业:微电子学指导教师:学院(系):微电子双频带无线能量与数据传输的线圈验证与系统实现双频带无线能量与数据传输的线圈验证与系统实现摘要随着生物医学工程领域的发展，生物植入电子设备近几年来得到了广泛的研究并且部分设备已经被应用于临床，比如心脏起搏器，视网膜假体与人工耳蜗等。通常这些植入设备是通过电磁线圈耦合的方式对体内部分进行供能以及数据传

2、输的。因此本毕设设计了一个应用于生物植入设备的无线能量与数据传输系统。本论文先从传输耦合线圈对的优化入手，设计了一个优化流程。在FreeBSD操作系统下，借助FastHenry3.1所提供的软件库与C语言的编写，通过仿真的方式优化了线圈对的几何与空间参数以提高了无线传输的能量传输效率与数据传输的信噪比。本毕设通过印刷电路板（PCB）的实际电路验证了线圈设计的正确性。基于良好的耦合线圈对的设计，本论文还详细阐述了采用ClassE功率放大器与二极管整流电路所构成的无线能量传输电路，以及基于13.56M载频的振

3、幅键控(ASK)调制与解调电路的具体实现。该系统的设计最终在PCB上得以实现，最终实现了100mW-300mW的能量传输，传输效率在1cm的传输距离下可以达到31.1%，数据传输速率可达200kbps。该系统的性能已经与国外先进水平相当。为了构成一个完整的可演示系统，本设计模仿了视网膜假体的应用，用现场可编程逻辑门阵列(FPGA)代替数字芯片的功能对传输的数据进行处理，最终实现了一个可以传输图片并通过VGA线和电脑显示屏在系统接收端显示出传输图片的演示平台。关键词：无线能量数据传输，线圈优化，E类功率放大

4、器，振幅键控调制双频带无线能量与数据传输的线圈验证与系统实现THEVERIFICATIONANDIMPLEMENTATIONOFANIMPLANTABLEDUAL-BANDWIRELESSPOWERANDDATATRANSMISSIONSYSTEMAbstractWiththedevelopmentsofbiomedicalengineering,bio-implantableelectronicdeviceshavebeenextensivelyresearchedforalongtime,andsom

5、eofthesedeviceshavebeenappliedclinically,suchascardiacpacemakers,retinalprosthesesandartificialcochleae.Intradition,theseimplantabledevicesnormallyusemagneticallycoupledcoilstoachievepoweranddatatransmissionwirelessly.Therefore,inthisthesis,awirelesspower

6、anddatatransmissionsystemsforbio-implantabledeviceshasbeendesigned.Thisthesisstartsfromtheoptimizationofcouplingcoilsinwirelesstransmissionsystems.BasedonFastHenry3.1andClanguage,thecoilgeometryandspatialparametersareoptimizedonFreeBSDoperatingsystemthrou

7、ghsimulation,whichenhancedtheperformanceofbothpowertransmissionefficiencyandsignal-to-noiseratioofthedatatransmission.Afterthat,Iverifiedthecorrectnessofmycoildesignonprintedcircuitboard(PCB).Basedonthisdesign,thethesisalsoelaboratedthedesignandimplementa

8、tionofapowertransmissioncircuitthatconsistsofaClass-Epoweramplifierandadioderectifiercircuit.Ialsorealizedadatatransmissioncircuitbasedonanamplitudeshiftkeying(ASK)modulationanddemodulationtechnique.Thefinaldesignof