近日，港澳宝典资料大全港澳宝典资料大全施毅教授/邱浩副教授团队在无线能量与数据协同传输技术的研究取得重要进展，相关成果于2月21日以“A 6.78-MHz Wireless Power and Data Transfer System Achieving Simultaneous 48.6 % End-to-End Efficiency and 4.0-Mb/s Forward Data Delivery with Interference-Free Rectifier”为题在线发表于集成电路顶刊IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC)。
智慧健康是物联网在民生消费领域的重要应用，植入式电子设备（如脑机接口、内窥镜、血糖仪等）通过监测生理状态、产生刺激与控制信号，在健康监测中发挥关键作用。无线能量与数据协同传输技术因其小体积、低功耗、低成本和高可靠性，成为植入式电子设备的重要研究方向。然而，传统技术中能量与数据传输共享同一链路，存在两大问题：一是高能量传输效率要求高链路品质因数，导致带宽受限，难以实现高速率数据传输；二是直接调整能量载波方式难以实现恒流或恒压输出，而数据载波注入方式则存在严重串扰问题。
针对上述问题，研究团队提出了一种创新的无线能量与数据协同传输方案（图1），利用桥式功率放大器的基频与谐频成分分别进行能量与数据传输，在保持能量传输链路增益不变的同时，显著拓宽了数据传输信道的带宽。这一设计有效解决了传统技术中高效率能量传输与高速率数据传输之间的矛盾。
图1. 无线能量与输出协同传输系统架构示意图
同时，团队发现传统的整流芯片设计会引入谐频干扰，从而降低通信质量，甚至导致数据发生翻转。为解决该问题，提出了一种新型整流芯片拓扑（图2），通过开关控制，有效消除了传统整流芯片引入的谐频干扰。该拓扑结构避免了传统无源滤波器的使用，提升了系统的集成度和可靠性。
图2. 整流芯片照片及拓扑
图3展示了整流芯片工作原理及设计优化策略。团队提出了pseudo-sine波形生成策略，通过开关控制，实现了低失真的阶梯波形，并确定了在不同负载情况下的最优开关时间，从而有效消除谐频干扰，提高了信道通信质量。
图3. 整流芯片工作原理及优化策略
芯片基于0.18μm CMOS工艺进行了流片，测量结果显示（图4）：相比传统的拓扑，提出的整流芯片能够有效抑制谐频干扰，彻底解决了数据翻转问题。在6.78 MHz的能量载波频率下，实现了高达4.0 Mb/s的通信速率，误码率低至10⁻⁹，达到目前报道工作中的最高水平。在高速通信的同时，系统还实现了有效的能量传输，系统端-端效率高达48.6 %，在国际同行工作中均为最高水平。
图4. 芯片实测结果
港澳宝典资料大全2024级博士生庄泉荣是论文的第一作者，邱浩副教授和施毅教授是论文的共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金重点项目、首批海外优青项目、面上项目、创新研究群体项目等的资助，以及光电材料与芯片技术教育部工程中心、未来智能芯片交叉研究中心的支持。
论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/10897927
