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A Low Power On-Chip Class-E Power Amplifier For Remotely Powered Implantable Sensor Systems

Résumé

This paper presents a low power fully integrated class-E power amplifier and its integration with remotely powered sensor system. The class-E power amplifier is suitable solution for low-power applications due to its high power efficiency. However, the required high inductance values which make the on-chip integration of the power amplifier difficult. The designed power amplifier is fully integrated in the remotely powered sensor system and fabricated in 0.18 mu m CMOS process. The power is transferred to the implantable sensor system at 13.56 MHz by using an inductively coupled remote powering link. The induced AC voltage on the implant coil is converted into a DC voltage by a passive full-wave rectifier. A voltage regulator is used to suppress the ripples and create a clean and stable 1.8 V supply voltage for the sensor and communication blocks. The data collected from the sensors is transmitted by on-off keying modulated low-power transmitter at 1.2 GHz frequency. The transmitter is composed of a LC tank oscillator and a fully on-chip class-E power amplifier. An additional output network is used for the power amplifier which makes the integration of the power amplifier fully on-chip. The integrated power amplifier with 0.2 V supply voltage has a drain efficiency of 31.5% at -10 dBm output power for 50 Omega load. The measurement results verify the functionality of the power amplifier and the remotely powered implantable sensor system. The data communication is also verified by using a commercial 50 Omega chip antenna and has 600 kbps data rate at 1 m communication distance.

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Alimentation électrique
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Un régulateur de tension, est un organe électrotechnique ou un composant électronique qui maintient à sa sortie, dans certaines limites, une tension constante, indépendamment de la charge et de la tension d'entrée. Jusque dans les années 1970, les automobiles utilisaient un régulateur électromécanique pour réguler la tension de sortie de leur dynamo ou de leur alternateur. Ces régulateurs utilisent plusieurs relais commutant des résistances afin de faire varier le courant d'excitation de l'alternateur et rendre ainsi sa tension de sortie indépendante du régime de rotation du moteur et de la consommation électrique.
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