Low-Power High Data-Rate Wireless Transmitter For Medical Implantable Devices

Les émetteurs-récepteurs radiofréquences (RF) sont les circuits de communication les plus communs pour établir des interfaces home-machine dédiées aux dispositifs médicaux implantables. Par exemple, la surveillance continue de paramètres de santé des patients souffrant d'épilepsie nécessite un étage de communication sans-fil capable de garantir un transfert de données rapide, en temps réel, à faible puissance tout en étant implémenté dans un faible volume. La consommation de puissance des dispositifs implantables implique une durée de vie limitée de la batterie qui nécessite alors une chirurgie pour son remplacement, a moins qu'une technique de transfert de puissance sans-fil soit utilisée pour recharger la batterie ou alimenter l'implant a travers les tissus humains. Dans ce projet, nous avons conçu, implémenté et testé un émetteur RF à faible puissance et haut-débit de données opérant à 902-928 MHz de la bande fréquentielle industrielle-scientifique-médicale (ISM) d'Amérique du Nord. Cet émetteur fait partie d'un système de communication bidirectionnel dédié à l'interface sans-fil des dispositifs électroniques implantables et mettables et bénéficie d'une nouvelle approche de modulation par déplacement de fréquence (FSK). Les différentes étapes de conception et d'implémentation de l'architecture proposée pour l'émetteur sont discutées et analysées dans cette thèse. Les blocs de circuits sont réalisés suivant les équations dérivées de la modulation FSK proposée et qui mènera à l'amélioration du débit de données et de la consommation d'énergie. Chaque bloc est implémenté de manière à ce que la consommation d'énergie et la surface de silicium nécessaires soient réduites. L'étage de modulation et le circuit mélangeur ne nécessitent aucun courant continu grâce à leur structure passive.Parmi les circuits originaux, un oscillateur en quadrature contrôlé-en-tension (QVCO) de faible puissance est réalisé pour générer des signaux différentiels en quadrature, rail-à-rail avec deux gammes de fréquences principales de 0.3 à 11.5 MHz et de 3 à 40 MHz. L'étage de sortie énergivore est également amélioré et optimisé pour atteindre une efficacité de puissance de ~ 37%. L'émetteur proposé a été implémenté et fabriqué à la suite de simulations post-layout approfondies.