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用于植入式裝置的遙測系統(tǒng)設(shè)計
摘要：介紹一種采用脈沖位置調(diào)制（ＰＰＭ）的植入式裝置遙測技術(shù)，給出了遙測系統(tǒng)電路和數(shù)據(jù)傳送的幀結(jié)構(gòu)及遙測的原理，指出了實現(xiàn)該系統(tǒng)需注意的問題。關(guān)鍵詞：植入式裝置 遙測 編程器 脈沖位置調(diào)制
植入式裝置（例如植入式心臟起搏器、神經(jīng)電刺激器等）的體內(nèi)植入部分和體外程控器之間進行遙測時，工作距離不超過４０ｍｍ，一般選用電磁耦合方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。由于體內(nèi)植入裝置的能量供應(yīng)受限制，為了延長其使用壽命，需要系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)時的功耗盡量低。據(jù)此，本文設(shè)計了一種采用脈沖位置調(diào)制（ＰＰＭ）的植入式裝置遙測技術(shù)，包括控制單元、耦合單元、發(fā)射預(yù)處理單元和接收預(yù)處理單元。在發(fā)送數(shù)據(jù)時平均功耗很低，且電路簡單可靠，可以減小裝置的體積。
１ 硬件設(shè)計思路
硬件電路是采用ＰＰＭ方式進行遙測的物理基礎(chǔ)，由于當(dāng)前的植入式裝置一般都具有雙向通信功能。因此本文對體內(nèi)植入部分和體外程控器采用相同的遙測電路結(jié)構(gòu)，如圖１所示。
（１）控制單元
由于體內(nèi)植入部分對功耗、工作電壓、裝置體積及電路復(fù)雜度等因素的嚴格要求，所以采用靜態(tài)功耗少、電壓低、功能多、體積小的單片機進行控制。采用軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的脈沖位置調(diào)制和解調(diào)過程。
（２）數(shù)據(jù)發(fā)射單元
來自控制單元的數(shù)據(jù)信號，驅(qū)動能力很弱，無法直接驅(qū)動耦合回路將數(shù)據(jù)發(fā)射出去。采用ＭＯＳ開關(guān)作為中間級，用來自控制單元的數(shù)據(jù)信號控制ＭＯＳ開關(guān)的開啟和閉合，驅(qū)動耦合單元發(fā)射瞬間的高壓脈沖。
（３）數(shù)據(jù)接收單元
接收端接收到的信號由發(fā)射端天線的反沖電壓耦合到接收端天線上形成，具有衰減的振蕩拖尾。通過接收單元，把有衰減振蕩的脈沖波形變換成標(biāo)準的方波信號，使控制單元能夠直接處理。
（４）耦合單元
脈沖信號的發(fā)射和接收效果與耦合單元性能有關(guān)，本文采用優(yōu)化的空心短圓柱線圈作為天線。
２ 工作原理
（１）模式切換
如圖１所示，開關(guān)Ｐ是Ｐ溝道ＭＯＳＦＥＴ，其柵極Ｇ由ＭＣＵ控制。當(dāng)柵極Ｇ被設(shè)置為低電平時，開關(guān)Ｐ導(dǎo)通，此時電路工作在數(shù)據(jù)脈沖的發(fā)射模式；當(dāng)柵極Ｇ被設(shè)置為高電平時，開關(guān)Ｐ關(guān)斷，這時電路工作在數(shù)據(jù)脈沖的接收模式。
（２）脈沖的發(fā)射
不同于電路比較復(fù)雜的諧振回路發(fā)射信號，本文中數(shù)據(jù)信號的發(fā)射基于電感升壓原理：當(dāng)發(fā)送端的開關(guān)Ｎ（Ｎ溝道ＭＯＳＦＥＴ）導(dǎo)通時，電流流經(jīng)線圈Ｌ１，電磁能量儲存在線圈Ｌ１中；當(dāng)Ｎ關(guān)斷時，回路截止，線圈Ｌ１感應(yīng)出瞬間的高壓窄脈沖，緊接著是衰減的振蕩拖尾信號，其中高壓窄脈沖被用作ＰＰＭ信號。接收端通過電磁耦合方式接收信號。
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