This article presents a wireless power transfer (WPT) system that incorporates a seamless uplink data telemetry and a simultaneous shared inductor dual-output (SIDO) regulating rectification (RR) under distance variation over a single WPT link. In the pursuit, a power management integrated circuit (PMIC) for a biometric smartcard that rectifies and regulates DC output in a single stage under distance and load variation using a frequency splitting phenomenon with a low power zero current detector and the sigma-delta control loop is proposed. After, the development of single-stage rectifying and regulator, a PMIC that can furthermore transfer uplink data along with SIDO-RR for electroceutical application is proposed. The proposed double charging keying (DCK) uplink data modulation method assisted by a dynamic zoom control breaks the trade-off between power delivery to loads (PDL) and uplink data such that the high data-rate uplink data telemetry no longer limits the amount of power delivered to the loads. Furthermore, DCK alleviates the design difficulty in simultaneous uplink data telemetry and RR. This work achieves a 1.695 Mbps uplink data rate while delivering up to 108 mW to two independent loads over a 10 mm to 42 mm single-link distance. The chip fabricated in standard 65 nm CMOS occupies 0.2 mm$^2$ active area and its performance is validated through In-vivo experiments.
이 연구는 단일 무선 전력 전송 링크 상에서 거리나 부하의 변화에도 원활한 업링크 데이터 통신을 수행하고 공유 인덕터를 이용한 이중 출력 정류 기술(SIDO-RR)을 포함하는 시스템을 제시한다. 이를 위해 주파수 갈라짐 현상을 활용하고 저전력 영전류 검출기와 시그마-델타 제어 루프를 이용한 거리나 부하의 변화에도 정류 및 출력전압 조절을 하는 생체인식 스마트 카드용 전력 제어 집적 회로가 연구되었다. 이후에 거리와 부하의 변화에도 일정한 직류 전력을 공급하는 무선전력 전송과 더불어 업링크 데이터 전송 및 다중부하에 정류된 직류 전력을 공급하기 위한 임플란트 전자약을 위한 전력 제어 집적 회로가 연구되었다. 다이내믹 줌 제어에 의해 보조되는 제안된 Double Charging Keying 업링크 데이터 변조 방법은, 부하 전력 전달량 와 업링크 데이터 통신 사이의 트레이드오프를 없애, 업링크 데이터 통신과 SIDO-RR의 성능을 극대화한다. 이 연구는 10 mm에서 42 mm의 단일 링크 거리를 통해 두 개의 독립적인 부하에 최대 108 mW 까지의 전력을 공급하면서 동시에 1.695 Mbps 데이터 속도의 업링크 통신을 수행한다. 표준 65nm CMOS에서 제작된 칩은 0.2 mm$^2$ 의 유효면적을 차지하며 생체 내 실험을 통해 성능이 검증되었다.
