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该研究聚焦可植入医疗设备，基于 FinFET 技术构建高速低功耗数据传输方案。采用二进制相移键控（BPSK）调制，设计包含正弦 - 方波转换器等。FinFET 因多项优势被采用，仿真显示良好性能，解调器设计独特，功耗低至 1.75μW，优于传统 CMOS 设计。
本研究针对可植入医疗设备的数据传输需求，提出基于纳米级 FinFET 技术的全数字二进制相移键控（BPSK）调制解调器低功耗设计方案。
研究背景与技术选择
可植入医疗设备（如智能起搏器、神经刺激器）对高速、低功耗的数据传输系统有迫切需求。传统 CMOS 技术在纳米尺度下面临短沟道效应、漏电流增加等挑战，而 FinFET（鳍式场效应晶体管）凭借高开关速度、低功耗、低漏电流及优异的短沟道效应耐受性，成为理想选择。本研究利用 20nm FinFET 器件，通过 Sentaurus TCAD 仿真验证其在低功函数下可实现稳定的源端电场、高静电势及增强的导通电流（ION），为智能植入物的高速数据调制奠定基础。
BPSK 调制器设计
调制器部分采用传输门设计，实现低电阻、高速性能与最小功耗的优化平衡。核心模块包括正弦 - 方波转换器和调制信号发生器：
- 正弦 - 方波转换器：将模拟正弦波信号转换为数字方波信号，便于数字电路处理。
- 调制信号发生器：生成用于 BPSK 调制的基带信号，通过控制载波相位（0° 或 180°）实现二进制数据编码。
BPSK 解调器设计
解调器设计包含多个创新模块以实现高效解调：
- 非重叠相位发生器：产生互不重叠的时钟相位，避免信号干扰，提升解调精度。
- 低功耗电流饥饿型门控环形振荡器：通过电流控制振荡频率，在保证性能的同时降低功耗。
- 基于真单相时钟（True Single Phase Clock, TSPC）的 D 触发器分频器：实现输入信号的频率分频，便于后续处理。
- 作为脉冲计数器的异或（XOR）门：对解调后的脉冲信号进行计数，恢复原始数据。
性能验证与优势
仿真结果表明，该设计在 0.9V 电源电压下实现了 1.75μW 的超低功耗，显著低于传统 CMOS 基设计。其关键优势包括：
- 高速数据传输：FinFET 的高开关速度支持高频数据调制，满足实时通信需求。
- 低功耗特性：通过器件结构优化和电路设计创新，大幅延长设备电池寿命，适用于资源受限的植入环境。
- 抗干扰能力：稳定的电场分布和低漏电流特性提升了信号传输的可靠性。
结论与应用前景
本研究基于 FinFET 的 BPSK 调制解调器设计为下一代可植入医疗设备提供了高效的通信解决方案。其超低功耗与高速性能的平衡，有望推动智能植入物在长期监测、精准治疗等领域的广泛应用，为生物医学工程与微电子技术的交叉研究提供新方向。
