This dissertation presents ultra-low power implantable data transceiver which can be used in medical body area network applications. The specification of data transceiver is determined from path loss model and energy constraint environment, and the problems of previous works are specified. Then, for data communication applicable to such as control device and implantable sensor, the transceiver utilize MICS (Medical Implantable Communication Service) band which occupies frequency band from 402-MHz to 405-MHz. To reduce power consumption, low supply circuit technique is proposed in folded mixer and relaxation oscillator, and RC-CR network to generate I/Q signal path is used. Furthermore, the temperature regulation in the human body nature is maximally exploited in digitally-controlled oscillator as a local oscillator. The MICS transceiver chip with a 0.18-um standard CMOS technology has 250-kb/s data rate, dissipating only 590-uW from a 0.7-V supply voltage. The resulting power dissipation is over an order of magnitude lower than commercially available one. The transmission of implanted temperature data is demonstrated by using a mannequin with test board and SiP (System in Package) module.
인체 영역 네트워크는 최근에 IEEE 802.15.6에서 Task Group이 형성되어 표준화 작업이 진행되고 있을 정도로 중요 이슈로 대두되고 있다. 특히, 반도체와 통신 기술의 발달과 더불어 헬스케어에 대한 관심이 증가 하면서 의료를 목적으로 하는 내장형 기기에 대한 관심 또한 증대되고 있다. 본 논문은 내장형 기기와 외부 기기간의 인체 영역 네트워크를 위한 저전력 내장형 데이터 송수신기의 설계 및 구현에 대한 것이다. 몸 내부로부터 외부까지의 안정된 통신을 위해 path loss model에 기반, 신호 감쇄 정도와 요구되는 전력 소모를 분석하여 송수신기의 성능지표를 결정함과 동기에 기존의 연구가 가지는 한계점을 명시 하였다. 내장형 송수신기의 데이터 전송은 내장 기기와 외부 기기간의 통신만을 위해 할당된 300kHz의 channel 대역폭을 갖는 402 - 405MHz의 MICS(Medical Implantable Communication Service) Band를 사용하였다. 송수신기의 소비전력을 줄이기 위해서 저전압 설계, 저전력 DCO 등의 회로기술을 제안 하였고, 인체 내부에서의 송수신이 된다는 점을 적극적으로 이용하였다. 0.18-um CMOS 공정으로 구현된 MICS 송수신기 칩은 600-uW 이하의 소비전력으로 250-kb/s의 전송 속도의 성능을 보인다. 이는 기존의 상용화된 제품보다 100배 이상의 전력 성능 향상을 가진다. 실제로 구현된 칩을 사용한 보드 및 SiP(System in Package)를 제작하여 식염수를 채운 마네킹을 이용하여 온도 센서에서 취합된 내장 온도 데이터 전송을 성공적으로 시연 하였다.
