فرستنده كم‌توان حسگرهاي بي‌سيم پزشكي در باند فركانسي MICS با قابليت راه‌اندازي با استفاده از سيستم استحصال انرژي

Low power MICS band Transmitter for Bio-Medical Sensor Nodes with Driving Capability by Energy Harvesting Systems

در اين مقاله فرستنده‌اي با معماري جديد براي حسگرهاي قابل كاشت يا پوشيدني پيشنهاد شده است. بسياري از گره هاي حسگري به جاي استفاده از باطري، توان مصرفي خود را از طريق سيستم استحصال انرژي تامين مي كنند. با توجه به اينكه توان تامين شده از طريق استحصال انرژي محدود است، طراحي گره حسگري با توان مصرفي كم مطلوب است. گره حسگري از بلوك هاي مختلفي تشكيل شده است، كه قسمت راديويي آن توان غالب كل سيستم را مصرف مي كند؛ بنابراين معماري جديد فرستنده با مدولاسيون BFSK و توان مصرفي كم ارايه شده است. به منظور كاهش توان مصرفي فرستنده از روش‌هاي قفل تزريق و ضرب فركانسي استفاده شده است. در اين فرستنده با استفاده از مدولاسيون BFSK، ارتباطي متقارن بين گره حسگري و ايستگاه پايه ايجاد مي شود و پيچيدگي ارتباط به ايستگاه پايه يا همان گيرنده منتقل نخواهد شد. در معماري پيشنهادي برخلاف معماري هاي رايج، از نوسان سازهايي با توان مصرفي زياد مانند PLL استفاده نشده است. همچنين برخلاف معماري‌هاي متداول عمل مدولاسيون در فركانس حامل انجام نمي شود، بلكه در فركانس نوسان ساز مرجع MHz 34 انجام مي‌شود. فركانس سيگنال مدوله شده در فركانس مرجع براي ارسال از طريق آنتن 12 برابر افزايش يافته؛ به فركانس سيگنال حامل خواهد رسيد. با استفاده از ويژگي قفل تزريق نويز فاز سيگنال مدوله شده ارسالي dBc/Hz117- با آفست فركانسي MHz 1 و توان مصرفي فرستنده µW 144 براي ارسال سيگنال با توان dBm 7/16- است. فركانس سيگنال حامل MHz 408 است كه براي رسيدن به اين فركانس، فركانس سيگنال مرجع MHz 34 انتخاب مي شود.

Currently need for ultra low power wireless transmitters in medical applications are inevitable. In this paper a new transmitter for body-worn and implantable sensor nodes is presented. Most of the sensor nodes supply their power using energy harvesting instead of a battery, since the power earned by harvesting is limited, so the average and the peak power consumption of the sensor node must be minimized. Transmitter blocks which implemented in sensor nodes are too power consuming. So a new low power Binary Frequency Shift Keying (BFSK) transmitter based on sub-harmonic current mode injection locking, and edge combining technique has been proposed. The proposed transmitter was designed to make a mutual communication between sensor node and base station, so there is no need for complexity at receiver side. In order to reduce the consuming power at transmitter side, BFSK modulation is done at reference frequency to prevent usage of power consuming low phase noise oscillator at carrier frequency. A 34MHz reference clock is used and the frequency of reference clock multiplied by 12 for desired carrier frequency. The phase noise of the carrier at 1MHz frequency offset is -117 dBc/Hz. Total power consumption of the transmitter is about 144µW. The output carrier frequency is 408MHz. BFSK modulation scheme is used at the frequency much lower than the carrier frequency in order to reduce the power consumption.