專(zhuān)利名稱(chēng)：內(nèi)窺鏡膠囊系統(tǒng)用的低功耗無(wú)線收發(fā)機(jī)模擬前端組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于無(wú)線內(nèi)窺鏡膠囊制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，有許多人受到消化道疾病的困擾。傳統(tǒng)的胃鏡檢查，病人要承受極大的痛苦。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們提出了無(wú)線內(nèi)窺鏡膠囊技術(shù)，可以極大地減輕病人做消化道檢查時(shí)的痛苦。一個(gè)無(wú)線內(nèi)窺鏡膠囊系統(tǒng)由體內(nèi)和體外兩個(gè)收發(fā)機(jī)組成。體內(nèi)部分的收發(fā)機(jī)只有膠囊大小，采用小型電池供電，膠囊上帶有一個(gè)小型的圖像傳感器和照明裝置，可以將病人體內(nèi)的生理情況記錄下來(lái)，并將圖像通過(guò)無(wú)線的方式傳送給體外的接收機(jī)，體外的接收機(jī)恢復(fù)出原始圖像并實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)上，供醫(yī)生進(jìn)行病情診斷。為了控制體內(nèi)收發(fā)機(jī)的工作(如錯(cuò)誤重傳、圖像傳感器的照相角度旋轉(zhuǎn)、照明裝置的亮度調(diào)節(jié)等)，體外收發(fā)機(jī)可以以無(wú)線的方式發(fā)送指令給體內(nèi)收發(fā)機(jī)，控制體內(nèi)收發(fā)機(jī)的工作。在傳送數(shù)據(jù)率上，由于體內(nèi)往體外傳輸?shù)氖菆D像數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大，因此體內(nèi)往體外傳輸時(shí)必須具有較大的數(shù)據(jù)率(＞1Mbps)；而體外往體內(nèi)傳輸?shù)膬H為控制指令，數(shù)據(jù)量小，只需較小的數(shù)據(jù)率(＞128bps)，它們是一種不對(duì)稱(chēng)的傳輸體制。
在這種無(wú)線內(nèi)窺鏡膠囊系統(tǒng)中，體內(nèi)收發(fā)機(jī)的實(shí)現(xiàn)是研究的重點(diǎn)。它必須在有限的空間內(nèi)集成所有的功能模塊，而且由于采用電池供電，整個(gè)系統(tǒng)必須具有極低的功耗。而在整個(gè)體內(nèi)收發(fā)機(jī)中，無(wú)線收發(fā)機(jī)模擬前端的實(shí)現(xiàn)又是其中最關(guān)鍵的部分。
本發(fā)明提出了一種應(yīng)用于內(nèi)窺鏡膠囊系統(tǒng)的低功耗無(wú)線收發(fā)機(jī)模擬前端組件。接收鏈路采用ASK調(diào)制方式，可以從天線接收到的微弱射頻信號(hào)中直接檢測(cè)出數(shù)字信息；發(fā)射鏈路也采用ASK調(diào)制方式，可以將數(shù)字信息轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ㄝ敵龉β实纳漕l信號(hào)，并通過(guò)天線發(fā)射出去。該收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)避免了功耗很高的模數(shù)變換器、數(shù)模變換器和射頻鎖相環(huán)等電路模塊，使電路功耗大大降低，同時(shí)該收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)不需使用難以集成的元器件，整個(gè)電路可以全部集成在同一塊芯片上，具有極高的集成度，從而可以大大降低產(chǎn)品尺寸和成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種不用模數(shù)變換器、數(shù)模變換器和射頻鎖相環(huán)電路的內(nèi)窺鏡膠囊系統(tǒng)用的低功耗無(wú)線收發(fā)機(jī)模擬前端組件。
本發(fā)明的特征在于，含有天線、收發(fā)開(kāi)關(guān)以及無(wú)線收發(fā)機(jī)模擬前端集成電路，其中收發(fā)開(kāi)關(guān)，設(shè)有in-out端，與所述天線互連；
無(wú)線收發(fā)機(jī)模擬前端集成電路，含有接收機(jī)和發(fā)射機(jī)，其中接收機(jī)含有低噪聲放大器，輸入端與所述收發(fā)開(kāi)關(guān)的射頻信號(hào)輸出端相連；下變頻器，射頻信號(hào)輸入端與所述低噪聲放大器的輸出端相連；振蕩器，本振信號(hào)輸出端與所述下變頻器的相應(yīng)輸入端相連；自動(dòng)增益控制環(huán)路，包括可變?cè)鲆娣糯笃?，變頻后的射頻信號(hào)輸入端經(jīng)過(guò)一個(gè)接收機(jī)交流耦合電容與所述下變頻器的輸出端相連；固定增益放大器，輸入端與所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮敵龆讼噙B；峰值檢測(cè)器，峰值信號(hào)輸入端與所述固定增益放大器的輸出端相連，該峰值檢測(cè)器的控制信號(hào)輸出端與所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯目刂贫讼噙B；跨導(dǎo)-電容濾波器，濾波信號(hào)輸入端與所述可變?cè)鲆娣糯笃鬏敵龆讼噙B，該濾波器的濾波信號(hào)輸出端則與所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯南鄳?yīng)輸入端相連；ASK解調(diào)器，輸入端與所述固定增益放大器的輸出端相連，而ASK解調(diào)器的輸出端則輸出恢復(fù)后的數(shù)字信息；發(fā)射機(jī)含有晶體振蕩器；低頻鎖相環(huán)，包括依次串接的鑒頻鑒相器、環(huán)路濾波器，以及環(huán)型振蕩器，其中，鑒頻鑒相器的輸入端與所述晶體振蕩器的信號(hào)輸出端相連；四分頻器，分頻信號(hào)輸入端與所述環(huán)型振蕩器的振蕩信號(hào)輸出端相連，而該四分頻器的分頻信號(hào)輸出端與所述鑒頻鑒相器的相應(yīng)輸入端相連；ASK調(diào)制器，調(diào)制信號(hào)輸入端與所述環(huán)型振蕩器的相應(yīng)輸出端相連，該ASK調(diào)制器還設(shè)有待傳輸?shù)臄?shù)字信息輸入端；上變頻器，變頻前的信號(hào)輸入端經(jīng)過(guò)一個(gè)發(fā)射機(jī)交流耦合電容與所述ASK調(diào)制器的輸出端相連，而該上變頻器的本振信號(hào)輸入端則與所述振蕩器的相應(yīng)輸出端相連；功率放大器，信號(hào)輸入端與所述上變頻器的相應(yīng)射頻信號(hào)輸出端相連，而該功率放大器的輸出端則與所述收發(fā)開(kāi)關(guān)的輸出射頻信號(hào)接收端相連，以向所述天線發(fā)送。
本發(fā)明提出了一種應(yīng)用于內(nèi)窺鏡膠囊系統(tǒng)的低功耗無(wú)線收發(fā)機(jī)模擬前端組件。接收鏈路采用ASK調(diào)制方式，可以從天線接收到的微弱射頻信號(hào)中直接檢測(cè)出數(shù)字信息；發(fā)射鏈路也采用ASK調(diào)制方式，可以將數(shù)字信息轉(zhuǎn)變?yōu)橐欢ㄝ敵龉β实纳漕l信號(hào)，并通過(guò)天線發(fā)射出去。該收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)避免了功耗很高的模數(shù)變換器、數(shù)模變換器和射頻鎖相環(huán)等電路模塊，使電路功耗大大降低(電路功耗可小于15mW)，同時(shí)該收發(fā)機(jī)結(jié)構(gòu)不需使用難以集成的元器件，整個(gè)電路可以全部集成在同一塊芯片上，具有極高的集成度，從而可以大大降低產(chǎn)品尺寸和成本。


圖1，內(nèi)窺鏡膠囊系統(tǒng)用的低功耗無(wú)線收發(fā)機(jī)模擬前端組件的電路原理框圖具體實(shí)施方式
該無(wú)線收發(fā)機(jī)模擬前端采用了便于集成的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和半雙工的通信方式，僅有一個(gè)通信信道，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中實(shí)線框內(nèi)的電路模塊都可以集成在同一塊芯片上。
該收發(fā)機(jī)模擬前端由接收機(jī)和發(fā)射機(jī)兩部分組成，其中接收機(jī)包括如下的電路模塊天線、收發(fā)開(kāi)關(guān)、低噪聲放大器、下變頻器、振蕩器、交流耦合電容、可變?cè)鲆娣糯笃?、固定增益放大?增益為20分貝)、峰值檢測(cè)器、跨導(dǎo)-電容濾波器和ASK解調(diào)器；發(fā)射機(jī)包括如下的電路模塊晶體振蕩器、鑒頻鑒相器、環(huán)路濾波器、環(huán)型振蕩器、四分頻器、ASK調(diào)制器、交流耦合電容、上變頻器、振蕩器、功率放大器、收發(fā)開(kāi)關(guān)和天線。其中，天線、收發(fā)開(kāi)關(guān)和振蕩器由接收機(jī)和發(fā)射機(jī)兩部分所共用。這些電路模塊之間的連接關(guān)系為天線與收發(fā)開(kāi)關(guān)的一個(gè)信號(hào)端(in_out)相接，收發(fā)開(kāi)關(guān)的另一個(gè)信號(hào)端(RF_IN)連接到低噪聲放大器的輸入端，收發(fā)開(kāi)關(guān)的第三個(gè)信號(hào)端(RF_OUT)連接到功率放大器的輸出；低噪聲放大器的輸出端連接到下變頻器的射頻信號(hào)輸入端(Rx_RF)，振蕩器的一個(gè)輸出端連接到下變頻器的本振信號(hào)輸入端(Rx_LO)，下變頻器的輸出端(Rx_IF)連接到接收機(jī)交流耦合電容的一端，接收機(jī)交流耦合電容的另一端連接到可變?cè)鲆娣糯笃鞯男盘?hào)輸入端(Vin)；可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮敵龆诉B接到固定增益放大器和跨導(dǎo)-電容濾波器的輸入端，跨導(dǎo)-電容濾波器的輸出端連接到可變?cè)鲆娣糯笃鞯念l率特性控制端(Fctrl)，固定增益放大器的輸出端連接到ASK解調(diào)器和峰值檢測(cè)器的輸入端，峰值檢測(cè)器的輸出端連接到可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆婵刂贫?Gctrl)；ASK解調(diào)器的輸出是恢復(fù)出的數(shù)字信息；晶體振蕩器的輸出端連接到鑒頻鑒相器的參考頻率輸入端(Fref)，鑒頻鑒相器的輸出端連接到環(huán)路濾波器的輸入端，環(huán)路濾波器的輸出端連接到環(huán)型振蕩器的輸入端，環(huán)型振蕩器的輸出端連接到ASK調(diào)制器和四分頻器的輸入端，四分頻器的輸出端連接到鑒頻鑒相器的分頻頻率輸入端(Fdiv)；待傳輸?shù)臄?shù)字信息送給ASK調(diào)制器的數(shù)據(jù)輸入端(Tx_DATA)；ASK調(diào)制器的輸出端連接到發(fā)射機(jī)交流耦合電容的一端，發(fā)射機(jī)交流耦合電容的另一端連接到上變頻器的信號(hào)輸入端(Tx_IF)；振蕩器的輸出端連接到上變頻器的本振信號(hào)輸入端(Tx_LO)，上變頻器的輸出端(Tx_RF)連接到功率放大器的輸入。
該無(wú)線收發(fā)機(jī)的工作原理可解釋如下在接收鏈路上，從天線接收到的射頻信號(hào)經(jīng)收發(fā)開(kāi)關(guān)后送入低噪聲放大器進(jìn)行放大，放大后的信號(hào)同振蕩器來(lái)的本振信號(hào)進(jìn)行混頻，得到固定頻率(10MHz)的中頻信號(hào)，中頻信號(hào)由一個(gè)自動(dòng)增益控制環(huán)路(由可變?cè)鲆娣糯笃鳌⒐潭ㄔ鲆娣糯笃?、峰值檢測(cè)器構(gòu)成)調(diào)整其幅度，并由一個(gè)反饋的跨導(dǎo)-電容濾波器濾除低頻噪聲和直流失調(diào)的影響，然后送入ASK解調(diào)器進(jìn)行判別，直接恢復(fù)出數(shù)字信號(hào)，送給其它電路進(jìn)行進(jìn)一步處理。
在發(fā)射機(jī)鏈路上，一個(gè)20MHz的低頻鎖相環(huán)(包括晶體振蕩器、鑒頻鑒相器、環(huán)路濾波器、環(huán)型振蕩器、四分頻器)提供恒定幅度的中頻載波信號(hào)，該載波信號(hào)經(jīng)ASK調(diào)制器調(diào)制后，與從振蕩器來(lái)的本振信號(hào)在上變頻器中進(jìn)行混頻，所得到的射頻信號(hào)送入一個(gè)功率放大器，該功率放大器的作用是提供大功率的射頻輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)經(jīng)收發(fā)開(kāi)關(guān)后，由天線輻射出去。低頻鎖相環(huán)由一個(gè)晶體振蕩器提供參考頻率，低頻鎖相環(huán)的輸出產(chǎn)生一個(gè)理想的正弦信號(hào)，避免輸出產(chǎn)生過(guò)多的諧波，降低發(fā)射機(jī)的利用效率。
由于所研究的內(nèi)窺鏡系統(tǒng)采用單信道的通信方式，本振信號(hào)僅由一個(gè)具有固定頻率的振蕩器提供，該振蕩器產(chǎn)生固定頻率(2.4GHz)的射頻振蕩信號(hào)，驅(qū)動(dòng)接收機(jī)中的下變頻器和發(fā)射機(jī)中的上變頻器。
權(quán)利要求
1.內(nèi)窺鏡膠囊系統(tǒng)用的低功耗無(wú)線收發(fā)機(jī)模擬前端組件，其特征在于，含有天線、收發(fā)開(kāi)關(guān)以及無(wú)線收發(fā)機(jī)模擬前端集成電路，其中收發(fā)開(kāi)關(guān)，設(shè)有in-out端，與所述天線互連；無(wú)線收發(fā)機(jī)模擬前端集成電路，含有接收機(jī)和發(fā)射機(jī)，其中接收機(jī)含有低噪聲放大器，輸入端與所述收發(fā)開(kāi)關(guān)的射頻信號(hào)輸出端相連；下變頻器，射頻信號(hào)輸入端與所述低噪聲放大器的輸出端相連；振蕩器，本振信號(hào)輸出端與所述下變頻器的相應(yīng)輸入端相連；自動(dòng)增益控制環(huán)路，包括可變?cè)鲆娣糯笃?，變頻后的射頻信號(hào)輸入端經(jīng)過(guò)一個(gè)接收機(jī)交流耦合電容與所述下變頻器的輸出端相連；固定增益放大器，輸入端與所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯妮敵龆讼噙B；峰值檢測(cè)器，峰值信號(hào)輸入端與所述固定增益放大器的輸出端相連，該峰值檢測(cè)器的控制信號(hào)輸出端與所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯目刂贫讼噙B；跨導(dǎo)-電容濾波器，濾波信號(hào)輸入端與所述可變?cè)鲆娣糯笃鬏敵龆讼噙B，該濾波器的濾波信號(hào)輸出端則與所述可變?cè)鲆娣糯笃鞯南鄳?yīng)輸入端相連；ASK解調(diào)器，輸入端與所述固定增益放大器的輸出端相連，而ASK解調(diào)器的輸出端則輸出恢復(fù)后的數(shù)字信息；發(fā)射機(jī)含有晶體振蕩器；低頻鎖相環(huán)，包括依次串接的鑒頻鑒相器、環(huán)路濾波器，以及環(huán)型振蕩器，其中，鑒頻鑒相器的輸入端與所述晶體振蕩器的信號(hào)輸出端相連；四分頻器，分頻信號(hào)輸入端與所述環(huán)型振蕩器的振蕩信號(hào)輸出端相連，而該四分頻器的分頻信號(hào)輸出端與所述鑒頻鑒相器的相應(yīng)輸入端相連；ASK調(diào)制器，調(diào)制信號(hào)輸入端與所述環(huán)型振蕩器的相應(yīng)輸出端相連，該ASK調(diào)制器還設(shè)有待傳輸?shù)臄?shù)字信息輸入端；上變頻器，變頻前的信號(hào)輸入端經(jīng)過(guò)一個(gè)發(fā)射機(jī)交流耦合電容與所述ASK調(diào)制器的輸出端相連，而該上變頻器的本振信號(hào)輸入端則與所述振蕩器的相應(yīng)輸出端相連；功率放大器，信號(hào)輸入端與所述上變頻器的相應(yīng)射頻信號(hào)輸出端相連，而該功率放大器的輸出端則與所述收發(fā)開(kāi)關(guān)的輸出射頻信號(hào)接收端相連，以向所述天線發(fā)送。
全文摘要
本發(fā)明屬于內(nèi)窺鏡膠囊制造領(lǐng)域，其特征在于，收發(fā)機(jī)模擬前端集成電路和收發(fā)共用的天線及收發(fā)開(kāi)關(guān)，該電路含有接收機(jī)，由依次串接的低噪聲放大器、下變頻器、耦合電容、自動(dòng)增益控制環(huán)路和ASK解調(diào)器構(gòu)成，低噪聲放大器輸入端與收發(fā)開(kāi)關(guān)輸出端相連，ASK解調(diào)器輸出數(shù)字信息；發(fā)射機(jī)含有依次串接的晶體振蕩器、低頻鎖相環(huán)、接收數(shù)字信息的ASK調(diào)制器、耦合電容、上變頻器和功率放大器，下變頻器和上變頻器的本振信號(hào)由振蕩器提供，功率放大器的輸出端與收發(fā)開(kāi)關(guān)相應(yīng)輸入端相連，天線與收發(fā)開(kāi)關(guān)的相應(yīng)信號(hào)端相連。本發(fā)明具有低功耗、高集成度以及小尺寸的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B5/00GK1913378SQ200610112599
公開(kāi)日2007年2月14日 申請(qǐng)日期2006年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月25日
發(fā)明者池保勇, 姚金科, 韓書(shū)光, 李國(guó)林, 王志華 申請(qǐng)人:清華大學(xué)