隨著生活方式日新月異的變化，人們對(duì)傳統(tǒng)的可穿戴式設(shè)備提出了更多新的需求。為了解決如何變得輕便、如何讓待機(jī)時(shí)間更長這一難題，浙江大學(xué)信息與電子工程學(xué)院趙博研究員設(shè)計(jì)了低功耗小型化人體信道通信收發(fā)機(jī)芯片。

要減少穿戴設(shè)備的體積，自然首先想到占體積最大的電池設(shè)備。傳統(tǒng)的無線通信因?yàn)樾盘?hào)在空氣中損耗大，所以需要消耗更多能耗，進(jìn)而增大了電池體積。同時(shí)，因?yàn)闊o線收發(fā)機(jī)需要天線，無形中又增加了體積。

這兩條線索都與無線通信形式有關(guān)，趙博采用人體信道通信來解決這兩個(gè)問題。人體信道通信用人體體表作為信號(hào)傳輸?shù)拿浇?，能顯著降低通信的能耗、而且不需要天線。

一般而言，通信的發(fā)射端安裝在健康監(jiān)測設(shè)備上（如心電圖監(jiān)測設(shè)備），用戶通過接收端（如智能手表、手機(jī)等）看到數(shù)據(jù)。要實(shí)現(xiàn)這種信號(hào)的通信，需要一個(gè)21 MHz的載波，實(shí)際系統(tǒng)中這個(gè)載波在調(diào)制后會(huì)有一個(gè)長長的“尾巴”，一直拖到接近0Hz的低頻。然而，一般的生理信號(hào)都在2MHz以下的低頻段，因此一旦通信信號(hào)打開，它的“尾巴”就會(huì)嚴(yán)重干擾人體生理信號(hào)（如心電圖、腦電圖等）的監(jiān)測。

    因?yàn)榇蟛糠蛛娐穼?shí)現(xiàn)了數(shù)字化，所以芯片尺寸縮小到820um x 820um

那如何“抓到”這些微弱的生理信號(hào)呢？其他科研人員早有辦法，他們通過在芯片外再疊加一個(gè)濾波器，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)“尾巴”的抑制比達(dá)到-80.3個(gè)分貝。作為實(shí)驗(yàn)室的產(chǎn)物，這確實(shí)已經(jīng)為解決問題找到了一條途徑。

但是趙博并不滿足于片外濾波器，他想在單芯片上實(shí)現(xiàn)“修剪尾巴”。他說，特別是當(dāng)傳輸距離遠(yuǎn)、發(fā)射功率高的時(shí)候，這個(gè)“尾巴”成為人體信道通信的嚴(yán)重問題，只有對(duì)其進(jìn)行有效的修剪，才能避免其對(duì)人體生理信號(hào)的干擾。

這個(gè)方法就是數(shù)字化頻譜成型技術(shù)，能夠抑制發(fā)射機(jī)在2MHz以下的低頻頻譜。較目前世界上最先進(jìn)的帶低頻抑制的人體信道通信芯片相比，該芯片首次實(shí)現(xiàn)了全集成，對(duì)2MHz處“尾巴”的抑制比達(dá)到-86.5個(gè)分貝，比國際領(lǐng)先水平改進(jìn)了6.2個(gè)分貝。與此同時(shí)，通過技術(shù)創(chuàng)新，他還縮減了芯片尺寸，比國際最新的人體通訊芯片減小了80%以上，只有0.6724平方毫米。

趙博希望，未來這項(xiàng)芯片技術(shù)能夠更早地應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)化中，“只有產(chǎn)業(yè)化才能體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室芯片設(shè)計(jì)的價(jià)值?！彼硎?，這項(xiàng)技術(shù)面向可穿戴式設(shè)備，可廣泛使用到醫(yī)療健康領(lǐng)域，如心電圖、肌電圖的通信設(shè)備。

趙博的這項(xiàng)研究被IEEE固態(tài)電路期刊（簡稱JSSC）刊發(fā)，合作單位有浙江大學(xué)、新加坡國立大學(xué)、美國加州大學(xué)伯克利分校、加拿大約克大學(xué)。JSSC是集成電路領(lǐng)域的著名期刊，自1966年創(chuàng)刊以來，共發(fā)表12300余篇，大陸地區(qū)僅發(fā)表文章50余篇，這也是繼信電學(xué)院韓雁教授與何樂年教授之后，浙大有史以來第三篇JSSC上的發(fā)文。

原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=8520924

（文 柯溢能）