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The growing demand for active medical implantable devices requires data and or power links between the implant and the outside world. Every implant has to be encapsulated from the body by a specific housing and one of the most common materials used is titanium or titanium alloy. Titanium thas the necessary properties in terms of mechanical and chemical stability and biocompatibility. However, its electrical conductivity presents a challenge for the electromagnetic transmission of data and power. The proposed paper presents a fast and practical method to determine the necessary transmission parameters for titanium encapsulated implants. Therefore, the basic transformer-transmission-model is used with measured or calculated key values for the inductances. Those are then expanded with correction factors to determine the behavior with the encapsulation. The correction factors are extracted from finite element method simulations. These also enable the analysis of the magnetic field distribution inside of the housing. The simulated transmission properties are very close to the measured values. Additionally, based on lumped elements and magnetic field distribution, the influential parameters are discussed in the paper. The parameter discussion describes how to enhance the transmitted power, data-rate or distance, or to reduce the size of the necessary coils. Finally, an example application demonstrates the usage of the methods.
An Ultra-Low-Power RFID/NFC Frontend IC Using 0.18 μm CMOS Technology for Passive Tag Applications
(2018)
Battery-less passive sensor tags based on RFID or NFC technology have achieved much popularity in recent times. Passive tags are widely used for various applications like inventory control or in biotelemetry. In this paper, we present a new RFID/NFC frontend IC (integrated circuit) for 13.56 MHz passive tag applications. The design of the frontend IC is compatible with the standard ISO 15693/NFC 5. The paper discusses the analog design part in details with a brief overview of the digital interface and some of the critical measured parameters. A novel approach is adopted for the demodulator design, to demodulate the 10% ASK (amplitude shift keying) signal. The demodulator circuit consists of a comparator designed with a preset offset voltage. The comparator circuit design is discussed in detail. The power consumption of the bandgap reference circuit is used as the load for the envelope detection of the ASK modulated signal. The sub-threshold operation and low-supply-voltage are used extensively in the analog design—to keep the power consumption low. The IC was fabricated using 0.18 μm CMOS technology in a die area of 1.5 mm × 1.5 mm and an effective area of 0.7 mm2. The minimum supply voltage desired is 1.2 V, for which the total power consumption is 107 μW. The analog part of the design consumes only 36 μW, which is low in comparison to other contemporary passive tags ICs. Eventually, a passive tag is developed using the frontend IC, a microcontroller, a temperature and a pressure sensor. A smart NFC device is used to readout the sensor data from the tag employing an Android-based application software. The measurement results demonstrate the full passive operational capability. The IC is suitable for low-power and low-cost industrial or biomedical battery-less sensor applications. A figure-of-merit (FOM) is proposed in this paper which is taken as a reference for comparison with other related state-of-the-art researches.
Design of a Programmable Passive SoC for Biomedical Applications Using RFID ISO 15693/NFC5 Interface
(2018)
Low power, low cost inductively powered passive biotelemetry system involving fully customized RFID/NFC interface base SoC has gained popularity in the last decades. However, most of the SoCs developed are application specific and lacks either on-chip computational or sensor readout capability. In this paper, we present design details of a programmable passive SoC in compliance with ISO 15693/NFC5 standard for biomedical applications. The integrated system consists of a 32-bit microcontroller, a sensor readout circuit, a 12-bit SAR type ADC, 16 kB RAM, 16 kB ROM and other digital peripherals. The design is implemented in a 0.18 µm CMOS technology and used a die area of 1.52 mm × 3.24 mm. The simulated maximum power consumption of the analog block is 592 µW. The number of external components required by the SoC is limited to an external memory device, sensors, antenna and some passive components. The external memory device contains the application specific firmware. Based on the application, the firmware can be modified accordingly. The SoC design is suitable for medical implants to measure physiological parameters like temperature, pressure or ECG. As an application example, the authors have proposed a bioimplant to measure arterial blood pressure for patients suffering from Peripheral Artery Disease (PAD).
Vorrichtung (2) zur Analyse von Urin, umfassend: – eine Zuführ- und Abführeinrichtung (7), welche zur Zuführung einer bestimmten Urinmenge in eine wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisende Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) und zur Abführung einer bestimmten Urinmenge aus einer wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisenden Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) eingerichtet ist, wobei die Zuführ- und Abführeinrichtung (7) wenigstens ein bewegbar gelagertes Zuführ- und/oder Abführelement (28, 29) zum Zuführen einer bestimmten Urinmenge in einen Zuführbereich (33) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) und/oder zum Abführen einer bestimmten Urinmenge aus einem Abführbereich (34) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) aufweist, und – eine Erfassungseinrichtung (11), welche zur Erfassung einer zumindest abschnittsweisen Änderung wenigstens eines optisch erfassbaren Parameters, welcher sich in Abhängigkeit der Zusammensetzung einer diesen kontaktierenden Urinmenge optisch erfassbar verändert, des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) des oder eines entsprechenden Urinteststreifens (10) sowie zur Erzeugung einer Erfassungsinformation, welche wenigstens einen optisch erfassten Parameter des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) oder eine Änderung eines solchen beschreibt, eingerichtet ist.
Vorrichtung (2) zur Analyse von Urin, umfassend: – eine Zuführ- und Abführeinrichtung (7), welche zur Zuführung einer bestimmten Urinmenge in eine wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisende Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) und zur Abführung einer bestimmten Urinmenge aus einer wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisenden Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) eingerichtet ist, wobei die Zuführ- und Abführeinrichtung (7) wenigstens ein bewegbar gelagertes Zuführ- und/oder Abführelement (28, 29) zum Zuführen einer bestimmten Urinmenge in einen Zuführbereich (33) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) und/oder zum Abführen einer bestimmten Urinmenge aus einem Abführbereich (34) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) aufweist, und – eine Erfassungseinrichtung (11), welche zur Erfassung einer zumindest abschnittsweisen Änderung wenigstens eines optisch erfassbaren Parameters, welcher sich in Abhängigkeit der Zusammensetzung einer diesen kontaktierenden Urinmenge optisch erfassbar verändert, des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) des oder eines entsprechenden Urinteststreifens (10) sowie zur Erzeugung einer Erfassungsinformation, welche wenigstens einen optisch erfassten Parameter des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) oder eine Änderung eines solchen beschreibt, eingerichtet ist.
Elektronische Pille zur steuerbaren Abgabe einer Substanz in einem menschlichen oder tierischen Körper, (a) mit einem Gehäuse (3), in welchem die abzugebende Substanz (17) aufgenommen und in welchem eine Abgabeöffnung (47) zur Abgabe der Substanz (17) vorgesehen ist, wobei die Substanz (17) zur Abgabe aus dem Gehäuse (3) mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagt ist, (b) mit einer elektronischen Steuereinheit (53, 59, 61, 63), und (c) mit einer im Verlauf eines Abgabepfades angeordneten Ventileinheit (33), welche von der Steuereinheit (53, 59, 61, 63) von einer Geschlossen- Stellung in eine Geöffnet-Stellung steuerbar ist und umgekehrt, (d) dadurch gekennzeichnet, (e) dass die Ventileinheit (33) eine von der elektronischen Steuereinheit (53, 59, 61, 63) ansteuerbare Heizeinheit (49) umfasst, (f) dass die Ventileinheit (33) ein Schaltelement (39) umfasst, welches in der Geschlossen-Stellung zumindest mit einem Teilbereich dichtend an einem Ventilsitz (37) der Ventileinheit (33) anliegt und welches von der Heizeinheit (49) beheizbar ist, (g) dass das Schaltelement (39) zwei temperaturabhängige stabile Schaltstellungen aufweist, welche durch eine Formänderung des Schaltelements (39) definiert sind, und (h) die Heizeinheit (49) an der dem Ventilsitz (37) abgewandten Seite des Schaltelements (39) angeordnet und integriert mit dem Schaltelement (39) ausgebildet ist (i) wobei die Steuereinheit (53, 59, 61, 63) zum Öffnen der Ventileinheit (33) die Heizeinheit (49) aktiviert, so dass das Schaltelement (39) bei Überschreiten einer Schwellentemperatur aus der Geschlossen-Stellung in die Geöffnet-Stellung geschaltet wird und (j) wobei die Steuereinheit (53, 59, 61, 63) zum Schließen der Ventileinheit (33) die Heizeinheit (49) deaktiviert, so dass das Schaltelement bei Unterschreiten einer Schwellentemperatur aus der Geöffnet-Stellung in die Geschlossen-Stellung schaltet.
Vorrichtung (2) zur Analyse von Urin, umfassend: – eine Zuführ- und Abführeinrichtung (7), welche zur Zuführung einer bestimmten Urinmenge in eine wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisende Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) und zur Abführung einer bestimmten Urinmenge aus einer wenigstens einen Analysebereich (8) aufweisenden Analysekammer (9) eines Urinteststreifens (10) eingerichtet ist, wobei die Zuführ- und Abführeinrichtung (7) wenigstens ein bewegbar gelagertes Zuführ- und/oder Abführelement (28, 29) zum Zuführen einer bestimmten Urinmenge in einen Zuführbereich (33) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) und/oder zum Abführen einer bestimmten Urinmenge aus einem Abführbereich (34) der Analysekammer (9) des Urinteststreifens (10) aufweist, und – eine Erfassungseinrichtung (11), welche zur Erfassung einer zumindest abschnittsweisen Änderung wenigstens eines optisch erfassbaren Parameters, welcher sich in Abhängigkeit der Zusammensetzung einer diesen kontaktierenden Urinmenge optisch erfassbar verändert, des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) des oder eines entsprechenden Urinteststreifens (10) sowie zur Erzeugung einer Erfassungsinformation, welche wenigstens einen optisch erfassten Parameter des oder eines entsprechenden Analysebereichs (8) oder eine Änderung eines solchen beschreibt, eingerichtet ist.
In this paper an RFID/NFC (ISO 15693 standard) based inductively powered passive SoC (system on chip) for biomedical applications is presented. A brief overview of the system design, layout techniques and verification method is dis-cussed here. The SoC includes an integrated 32 bit microcontroller, sensor interface circuit, analog to digital converter, integrated RAM, ROM and some other peripherals required for the complete passive operation. The entire chip is realized in CMOS 0.18 μm technology with a chip area of 1.52mm x 3.24 mm.
A new RFID/NFC (ISO 15693 standard) based inductively powered passive SoC (System on chip) for biomedical applications is presented here. The proposed SOC consists of an integrated 32 bit microcontroller, RFID/NFC frontend, sensor interface circuit, analog to digital converter and some peripherals such as timer, SPI interface and memory devices. An energy harvesting unit supplies the power required for the entire system for complete passive operation. The complete chip is realized on CMOS 0.18 μm technology with a chip area of 1.5 mm × 3.0 mm.
Formal Description of Inductive Air Interfaces Using Thévenin's Theorem and Numerical Analysis
(2014)
With the development of new integrated circuits to interface radio frequency identification protocols, inductive air interfaces have become more and more important. Near field communication is not only able to communicate, but also possible to transfer power wirelessly and to build up passive devices for logistical and medical applications. In this way, the power management on the transponder becomes more and more relevant. A designer has to optimize power consumption as well as energy harvesting from the magnetic field. This paper discusses a model with simple equations to improve transponder antenna matching. Furthermore, a new numerical analysis technique is presented to calculate the coupling factors, inductions, and magnetic fields of multiantenna systems.