一种超紧凑、完全集成的可调谐红外超宽频（IR-UWB）发射器，采用28纳米CMOS工艺制造，适用于高密度神经植入系统

《IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers》：An Ultra-Compact and Fully Integrated Tunable IR-UWB Transmitter in 28-nm CMOS for High-Density Neural Implants

基于28nm CMOS工艺的超宽带发射器，采用数字调谐脉冲响应滤波器实现0.0027mm2超紧凑架构，中心频率4.5GHz/带宽3.6GHz满足FCC标准，通过650-800ps脉冲宽度调节实现1GHz调谐范围，CSRVCO振荡器提供低功耗78μW输出-24.5dBm功率，能效5.1% FoM达0.017，适用于植入式神经记录系统。

　　

摘要：

本文介绍了一种全CMOS架构、可调谐的脉冲无线电超宽带（IR-UWB）发射器，专为高密度可植入式神经记录系统设计。该发射器采用28纳米CMOS工艺制造，采用了基于数字可调谐脉冲响应滤波器（IRF）的超紧凑型边缘组合架构，其尺寸仅为0.0027毫米。测量结果显示，该发射器的中心频率为4.5 GHz，带宽为3.6 GHz，具备出色的频谱性能。通过调整脉冲宽度（范围从650皮秒到800皮秒），可实现1 GHz的频率可调谐范围，同时符合FCC频谱规范。发射器采用电流受限环形VCO（CSRVCO）作为时钟源，该VCO具有紧凑的150 μm布局，具有宽频率调谐范围、低功耗和较高的输出功率。发射器采用开关键控（OOK）调制方式，输出峰值为660 mV，能量效率高达5.1%。在20 MHz的脉冲重复率下，发射器功耗仅为78 μW，输出功率为-24.5 dBm。测量结果证实该发射器符合FCC法规，适用于生物医学领域的深度植入应用。该设计的优值（FoM）为0.017 pJ/bV，显示出相较于现有先进解决方案的可扩展性和高效性。