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The invention relates to a container (1) for a liquid medium (3), in particular a blood bag, comprising a flexible outer wall (5) and a device (13) connected to the container (1) for acquiring and/or storing data. According to the invention, the device (13) for acquiring and/or storing data is arranged within the flexible outer wall (5), wherein positioning means (15) are provided which hold the device (13) for acquiring and/or storing data in a floating manner in the liquid medium when the container (1) is filled with said liquid medium (3), and wherein the device (13) or the device (13) and the positioning means (15) are designed such that the mass of liquid medium (3) which is displaced in each case is essentially equal to the mass of the device (13) or to the mass of the device (13) and the positioning means (15).
Die Erfindung betrifft ein Behältnis (1) für ein flüssiges Medium (3), insbesondere Blutbeutel, mit einer flexiblen Außenwandung (5) und einer mit dem Behältnis (1) verbundenen Vorrichtung (13) zur Erfassung und/oder Speicherung von Daten. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung (13) zur Erfassung und/oder Speicherung von Daten innerhalb der flexiblen Außenwandung (5) angeordnet, wobei Positionierungsmittel (15) vorgesehen sind, welche die Vorrichtung (13) zur Erfassung und/oder Speicherung von Daten bei mit dem flüssigen Medium (3) gefüllten Behältnis (1) schwimmend im flüssigen Medium (3) halten, und wobei die Vorrichtung (13) oder die Vorrichtung (13) und die Positionierungsmittel (15) so ausgebildet sind, dass die jeweils verdrängte Masse von flüssigem Medium (3) im Wesentlichen gleich der Masse der Vorrichtung (13) oder der Masse der Vorrichtung (13) und der Positionierungsmittel (15) ist.
Die Erfindung betrifft ein Behältnis (1) für ein flüssiges Medium (3), insbesondere Blutbeutel, mit einer flexiblen Außenwandung (5) und einer mit dem Behältnis (1) verbundenen Vorrichtung (13) zur Erfassung und/oder Speicherung von Daten. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung (13) zur Erfassung und/oder Speicherung von Daten innerhalb der flexiblen Außenwandung (5) angeordnet, wobei Positionierungsmittel (15) vorgesehen sind, welche die Vorrichtung (13) zur Erfassung und/oder Speicherung von Daten bei mit dem flüssigen Medium (3) gefüllten Behältnis (1) schwimmend im flüssigen Medium (3) halten, und wobei die Vorrichtung (13) oder die Vorrichtung (13) und die Positionierungsmittel (15) so ausgebildet sind, dass die jeweils verdrängte Masse von flüssigem Medium (3) im Wesentlichen gleich der Masse der Vorrichtung (13) oder der Masse der Vorrichtung (13) und der Positionierungsmittel (15) 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.
Die Erfindung betrifft eine elektronische Pille zur steuerbaren Abgabe einer Substanz, insbesondere eines Medikaments, in einem menschlichen oder tierischen Körper, 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 beaufschlagbar ist, mit einer elektronischen Steuereinheit (53, 59, 61, 63) und mit einer im Verlauf eines Abgabepfades angeordneten Ventileinheit (33), welche von der Steuereinheit (53, 59, 61, 63) von einer Geöffnet-Stellung in eine Geschlossen-Stellung steuerbar ist. Erfindungsgemäß ist im Gehäuse (3) im Verlauf des Abgabepfades für die abzugebende Substanz (17) eine Drosselstrecke (45) vorgesehen.
The application relates to an electronic pill for dispensing a substance, in particular a drug, in a human or animal body in a controllable manner, said electronic pill having a housing (3) in which the substance (17) to be dispensed is accommodated and in which a dispensing opening (47) for dispensing the substance (17) is provided, wherein the substance (17) can be subjected to a predetermined pressure in order to be dispensed from the housing (3), having an electronic control unit (53, 59, 61, 63), and having a valve unit (33) which is arranged in the course of a dispensing path and can be moved from an open position to a closed position by the control unit (53, 59, 61, 63). In the housing (3), a throttle section (45) is provided in the course of the dispensing path for the substance (17) to be dispensed.
Die Erfindung betrifft eine elektronische Pille zur steuerbaren Abgabe einer Substanz, insbesondere eines Medikaments, in einem menschlichen oder tierischen Körper, 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 beaufschlagbar ist, mit einer elektronischen Steuereinheit (53, 59, 61, 63) und mit einer im Verlauf eines Abgabepfades angeordneten Ventileinheit (33), welche von der Steuereinheit (53, 59, 61, 63) von einer Geöffnet-Stellung in eine Geschlossen-Stellung steuerbar ist. Erfindungsgemäß ist im Gehäuse (3) im Verlauf des Abgabepfades für die abzugebende Substanz (17) eine Drosselstrecke (45) vorgesehen.
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Messung von Temperatur und Luftdruck sowie der Überwachung des Verschleißes von Fahrzeugreifen, wobei hierfür eine Drahtschleife in das Profil eingebettet wird, die bei verschlissenem Reifen unterbrochen wird, die Messung von Temperatur und Druck in einem sehr kleinen, in die Reifenwange einvulkanisierten elektronischen Transponder erfolgt (Bild 2), der die Meßwerte auf Anforderung des Tranceivers induktiv mit einem digitalen Trägerfrequenzverfahren über eine radial in der Reifenwange integrierte Flachspule auf einen am Fahrzeug montierten Transceiver überträgt. Der Transponder besteht erfindungsgemäß aus einem/wenigen Siliziumchips, auf denen Temperatursensor und mikromechanischer Drucksensor zusammen mit einem Mikroprozessor und zugehöriger Auswerte- und Übertragungselektronik integriert sind, sowie wenigen externen Komponenten, alle in einem Kunststoffgehäuse aus einem Material, das aus der gleichen Stoffgruppe kommt wie das Reifenmaterial oder mit diesem sich sehr innig verbinden läßt, zusammengefaßt. Die Kommunikation erfolgt erfindungsgemäß zwischen Transceiver und Transponder in geträgerter digitaler Form, wobei der Transceiver ein Kommando an den Transponder ausstrahlt, der dieses z. B. durch Durchführung der Messung, Kompensation- und Linearisierung der Meßwerte und Übertragung der Meßdaten und/oder weiterer im Transponder gespeicherter Daten beantwortet.
Die Erfindung betrifft eine mobile Vorrichtung zur Messung und Aufzeichnung von Temperaturzeitreihen, bei der die Temperatur in regelmäßigen, vorbestimmten Intervallen erfaßt wird und in einem Halbleiterspeicher abgelegt wird. Erfindungsgemäß werden alle erforderlichen Funktionen einschließlich des Sensors und des Speichers in einer integrierten Schaltung zusammengefügt, welche zusammen mit einer Batterie und einem zeitbestimmenden Element (Quarz) in Form einer Chip-Karte integriert werden. Die Chip-Karte kann erfindungsgemäß durch den Hersteller und den Anwender konfiguriert werden, wobei Daten über den Meßvorgang sowie die Meßintervalle auf der Karte gespeichert werden. Die Karte verfügt ferner erfindungsgemäß über mehrere Betriebszustände, wobei im Zustand "passiv" nahezu kein Strom verbraucht wird (Lagerung), im Zustand "aktiv" eine Meßwerterfassung stattfindet, im Zustand "ruhen" alle Funktionen bis auf eine Zeitgeberfunktion inaktiviert sind. Das Auslesen der Daten ist erfindungsgemäß über Paßworte in mehreren Zugangsebenen abgesichert, eine Manipulation wird ebenso verhindert. Die Anzahl der speicherbaren Meßwerte wird erfindungsgemäß durch ein digitales, blockorientiertes Kompressionsverfahren erhöht. Die Auswertung und Darstellung der Daten erfolgt erfindungsgemäß durch ein externes Datenverarbeitungssystem, wobei die Schnittstelle durch Formgebung und elektrische Ausführung kompatibel mit weitverbreiteten Standards ausgeführt ist.
Nach dem Nachweis der Funktionalität des an der Fachhochschule Offenburg entwickelten Mikroprozessorkernels FHOP (First Homemade Operational Processor), wird eine Anwendung des Kernels in einem Applikationschip beschrieben.
Der Thermologger-ASIC soll mit Hilfe eines Temperatursensors die Umgebungstemperatur bei technischen Prozessen in regelmäßigen Zeitabständen erfassen und abspeichern. Die Meßwerte werden bei Bedarf ber eine serielle Schnittstelle des Thermologger-ASICs an einen PC übertragen und ausgewertet. Zur Verringerung der Leistungsaufnahme wird zwischen zwei Temperaturmessungen in einen Power-Down-Mode geschaltet.
Der ASIC soll später in einer Chipkarte integriert werden.
Im Frühjahr 1995 entstand die Idee, einen Lottozahlengenerator als Demonstrations- und Studienobjekt, für die Anwendung komplexer digitaler Entwurfsmethoden, zu entwerfen. Mit Hilfe der Schaltung ist es möglich, 6 verschiedene Zahlen zufällig aus 49 Zahlen zu ermitteln. Bei der Ziehung der einzelnen Zahlen werden verschiedene Töne und Melodien erzeugt. Die Schaltung ist so konzipiert, daß eine einfache Bedienung möglich ist. Der Chip wurde als Standardzellen-Entwurf mit einer Fläche von ca. 7 um² geroutet.
An der Fachhochschule Offenburg wurde im Sept. 93 das Projekt eines implantierbaren 16 Bit Mikroprozessor-Kernels FHOP ins Leben gerufen. Ausgehend von dem in einem Testchip erfolgreich erprobten umstrukturierten Entwurf wurde durch gezielten Einsatz von strukturiertem Routen unter Nutzung der Fähigkeiten zum hierarchischen Arbeiten in der MENTOR-IC-Station eine erheblich verkleinerte und flächenmäßig optimierte Struktur abgeleitet, die sich mit 4 Quadratmilimetern Fläche durchaus mit kommerziellen Mikroprozessor-Kerneln vergleichen läßt.
FHOP-Mikroprozessor-Kernel
(1995)
Für die Implementation in ASIC's wurde ein kompakter Mikroprozessor-Kernel als Standardzellen-Makro entworfen. Durch konsequenten Einsatz von Hochsprachen und CAE-Werkzeugen (VHDL, Synthese) konnte ein vollständiges Design in nur vier Monaten durchgeführt werden. Der Prozessor wird in einem Testchip erprobt.
Erstellen von Hardmakros und Aufbau einer Zellbibliothek unter Verwendung des ES2-Library-Kits
(1993)
Es wird eine Anleitung zur Erstellung von Hardmakros mit der Mentor-Graphics-Software gegeben. Die Hardmakros werden mit Standardzellen aus der ES2-Bibliothek der Firma EUROCHIP aufgebaut. Die Hardmakros werden in eine eigenständige Bibliothek abgelegt und können in neuen Chip-Designs verwendet werden.
Digitaler Phasenreglerkreis mit numerisch gesteuertem Oszillator als LCA-Microcontroller Kombination
(1992)
Am Beispiel einer Schrittmotor-Indexerschaltung wird der effektive Einsatz von konfigurierbaren Logic Cell Arrays in Zusammenwirkung mit einem Mikrokontroller demonstriert, wobei die hohe Arbeitsgeschwindigkeit des LCAs den Bereich der Schaltung übernimmt und im Regelkreis die arithmetrische Berechnung durchführt. Die Konfiguration des LCA aus dem EPROM des Controllers führt zu einer ungewöhnlichen Flexibilität des Entwurfs und ermöglicht zahlreiche andere Anwendungen mit dieser Architektur.
Die Fachhochschule Offenburg bietet den Studenten des Fachbereichs Nachrichtentechnik seit Ende 1990 das Wahlfach "Entwicklung integrierter Anwenderschaltkreise (ASIC)" an. Ziel des Wahlfachs ist es, den Studenten Grundkenntnisse im Entwurf eines ASIC's zu vermitteln, und wie im folgenden Beitrag aufgezeigt, die Möglichkeit zu bieten, den gesamten Entwurfszyklus von der Schaltungsentwicklung bis hin zur Fertigungsmaske zu durchlaufen.
Dieser Beitrag befaßt sich mit der optischen Meßtechnik, mit der man geometrische Dimensionen berührungslos und mit hoher Genauigkeit vermessen kann. Durch eine konkrete industrielle Aufgabenstellung angeregt, wurde im Labor für Optoelektronik der FH Offenburg eine einfache, aber universelle und PC-steuerbare Linear-CCD-Kamera entwickelt. Entscheidend für die Auslegung der Kamera ist die Auswahl des geeigneten Sensors.
Im folgenden Beitrag wird ein programmierbarer Logikbaustein vorgestellt, der zur Datensicherung erforderlich ist, wenn eine CCD-Linearkamera über eine längere Leitung an einen PC angeschlossen werden soll. Damit die Verbindung zum PC sehr lang werden kann, sollen die Meßdaten bitseriell über einen Lichtwellenleiter übertragen werden. Der geringe zur Verfügung stehende Einbauraum in der Kamera faßt die erforderliche Digitalisier- und Codierschaltung auf einem LCA-Chip zusammen.
Als Grenztaster und zur Erfassung kleinster Wege werden in der Industrie induktive Wegaufnehmer in Meßvorrichtungen eingesetzt. Die Verwendung diskret aufgebauter Elektronik verursacht hierbei neben erheblichem Raumbedarf auch unakzeptabel hohe Kosten. Daher entschloß man sich zur Entwicklung einer in den Aufnehmer integrierten Elektronik. Eine Prüfung der auf dem Markt angebotenen ICs deckt jedoch die Forderungen für diesen Anwendungsbereich nicht ab. Dieser Beitrag erläutert den Schaltungsentwurf und das Layout eines ASICs, der an der FH Offenburg für diesen Anwendungsbereich entwickelt wurde und befaßt sich besonders mit dem integrierten Vierquadranten-Multiplizierer.
Im Institut für angewandte Forschung (IAF) der FH Offenburg wird derzeit eine Chipkarte entwickelt, mit der Temperaturzeitreihen über längere Zeiträume aufgezeichnet werden können. Die zur Datenerfassung erforderlichen Systemkomponenten sind auf nur einem Halbleiterchip zusammengefaßt, wodurch sich bei großen Produktionsstückzahlen ein sehr niedriger Herstellpreis erzielen läßt. Die 'Thermologger' genannte Chipkarte kann zudem mit Standard-Chipkartenlesern und einer dedizierten Software auf jedem PC konfiguriert, gelesen und ausgewertet werden.
A new miniaturized capsule with 32bit processor and bidirectional communication system is being developed for multitask application. The capsule is designed to be a platform for medical assistant application inside the body. The processor core SIRIUS has been developed, simulated, synthesized to a netlist and verified. The designed telemetry unit is a synchronous bidirectional communication block using continuous phase DQPSK of 115 kHz low carrier frequency for inductive data transmission suited for human body energy transfer. The communication system can assist the electronic pill to trigger an actuator for drug delivery, to record temperature, or to measure pH of the body. The complete system is designed to fit small-size mass medical application with low power consumption, size of 7x25 mm. The system is designed, simulated, emulated on FPGA, and routed in AMIS Technology.
This paper presents an enhancement on QPSK modulation technique for near field communication (NFC). The enhanced modulation is based on continuous-phase QPSK with Gaussian filtering during switch from one phase to the other. Signal processing is done digitally with minimum external discrete components for air interface. The telemetry system can be used to assist a smart capsule (slave) that can be swallowed to establish data communication with external device (master). The system is designed, simulated, and emulated on FPGA showing 20 dB attenuation on side-lobes of the spectrum.
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.
A platform of an electronic capsule is being developed for multi-task medical assistant application. It includes a near field telemetry unit for bidirectional communication system of 115 KHz low carrier frequency for inductive data transmission suited for human body energy transfer. The system triggers an actuator for drug delivery in various time and release forms via wireless external control, it has the ability to record temperature, measure pH of the body (additional sensors), and retrieve data to the outside. It consists of a 32bit processor, memory, external peripheries, and detection facility. The complete system is designed to fit small-size mass medical application with low power consumption, size of 7x25mm. The system is designed, simulated and emulated on FPGA. A final layout of the complete chip design is still under progress.
Aktiver RFID-Sensor
(2008)
Das in Schramberg ansässige Unternehmen Schweizer Electronic, einer der großen europäischen Leiterplattenhersteller, hat sich ein neues Geschäftsfeld als Systemlieferant für mikroelektronische Geräte erschlossen. Gemeinsam mit dem Institut für Angewandte Forschung der Hochschule Offenburg und Siemens hat das Unternehmen einen Datenlogger mit einer ISO 15693 kompatiblen 13,56 MHz RFID-Luftschnittstelle zur Serienreife entwickelt. Die SEAGsens Temperaturmessgeräte aus der Vorserienproduktion haben die ersten Feldtests erfolgreich bestanden. Die Großserienproduktion wird noch in diesem Jahr anlaufen.
A new electronic capsule with bidirectional communication system is being developed for multi-task application. The capsule is designed to be a platform for medical assistant application inside the body. The designed telemetry unit is a synchronous bidirectional communication block using continuous phase DQPSK of 115 kHz low carrier frequency for inductive data transmission suited for human body energy transfer. The communication system can assist the electronic pill to trigger an actuator for drug delivery, to record temperature, or to measure pH of the body. It consists additionally to a 32bit processor, memory, external peripheries, and detection facility. The complete system is designed to fit small-size mass medical application with low power consumption, size of 7x25mm. The system is designed, simulated and emulated on FPGA. A final layout of the complete chip design is still under progress.
The Institute of Applied Research Offenburg is working in the field of autonomous data loggers since many years. In collaboration with industry, a new RFID based active sensor data logger for continuous recording of temperature has been developed and is now manufactured in mass production. Compared to existing systems, an unusual large data memory is integrated, which can be used via a simplified file system in a flexible way. The system will be used to accompany and monitor temperature sensitive goods of high value. The transponder is the first member of a new class of logging devices, the smallest will be not larger than a 2 Euro-coin with a fully integrated ASIC frontend.
Remote measurement of the physiology, so-called biotelemetry, is a key technology in the modern veterinary medicine. The usage of wireless implants has less impact on the behavior of animals than manual measurement methods and cause less disturbance than wired devices. But, common biotelemetry still uses proprietary communication and power concepts focused on small systems with one animal. Therefore, the University of Applied Sciences Offenburg is developing a low-cost RFID system called muTrans1, which is able to measure ECG, pressure, temperature, oxygen saturation and activity. The muTrans uses an own RFID sensor transponder and standardized commercial components and combines them to a scalable RFID system able to build-up RFID sensor networks with a nearly unlimited size.
In this paper, a complete passive transponder device has been discussed which is meant to monitor leakage in silicone breast implants. The passive tag operates in the HF frequency range of 13.56MHz using RFID ISO 15693 standard. The complete system consists of the transponder, reader and a PC. This paper focusses on the development of such a state of the art passive RFID transponder to monitor the wellness of the silicone breast implants periodically in order to detect leakage in the same. Keyword: RFID (Radio frequency identification device), EM (Electromagnetic) field, Passive Transponder, Silicone breast implants.
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.
There are some existing Java benchmarks, application benchmarks as well as micro benchmarks or mixture both of them,such as: Java Grande, Spec98, CaffeMark, HBech, etc. But none of them deal with behaviors of multi tasks operating systems. As a result, the achieved outputs are not satisfied for performance evaluation engineers. Behaviors of multi tasks operating systems are based on a schedule management which is employed in these systems. Different processes can have different priority to share the same resources. The time is measured by estimating from applications started to it is finished does not reflect the real time value which the system need for running those programs. New approach to this problem should be done. Having said that, in this paper we present a new Java benchmark, named FHOJ benchmark, which directly deals with multi tasks behaviors of a system. Our study shows that in some cases, results from FHOJ benchmark are far more reliable in comparison with some existing Java benchmarks.
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).
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.
An der Fachhochschule Offenburg wird der Design-Kit FHO_MTC_CMOS_035_v1.0 erstellt. Mit Hilfe dieses Kits lassen sich Designs in der AMI O.35 Mikrometer Technologie entwerfen. Alle durchgeführten Arbeiten werden durch den Entwurf eines Lottozahlengenerator-Chips verifiziert, der gefertigt wird. Damit sind alle wesentlichen Schritte bekannt, die für die Aufbereitung eines Design-Kits für beliebige Technologien für die Mentor-Tools erforderlich sind. Der Design-Kit wird für alle MPC-Mitglieder freigegen, die eine NDA für AMI bei Europractice unterzeichnet haben.
In dieser Arbeit wurde eine USB-Schnittstelle für ein bestehendes Mikrocontroller System FHOP realisiert. Im aktuellen Stand funktioniert das Design zuverlässig in Low Speed Konfiguration. Im Full Speed gibt es noch einige Schwierigkeiten, denn die Kommunikation bricht nach einigen Paket-Transfers zusammen. Durch das Emulieren des Designs auf FPGA wurde die Funktion nachgewiesen. Die nächste Aufgabe wird sein, die Hardware zu optimieren, damit das USB-Modul auch im Full Speed zuverlässig funktioniert. Zusätzlich wird die Software auf der PC Seite optimiert, um höhere Übertragungsraten zu erzielen.
Mice and rats make up 95% of all animals used in medical research and drug discovery and development. Monitoring of physiological functions such as ECG, blood pressure, and body temperature over the entire period of an experiment is often required. Restraining of the animals in order to obtain this data can cause great inconvenience. The use of telemetric systems solves this problem and provides more reliable results. However, these devices are mostly equipped with batteries, which limit the time of operation or they use passive power supplies, which affects the operating range. The semi-passive telemetric implant being presented is based on RFID technology and overcomes these obstacles. The device is inductively powered using the magnetic field of a common RFID reader device underneath the cage, but is also able to operate for several hours autonomously. Being independent from the battery capacity, it is possible to use the implant over a long period of time or to re-use the device several times in different animals, thus avoiding the disadvantages of existing systems and reducing the costs of purchase and refurbishment.
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.
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.
Electronic pills, smart capsules or miniaturized microsystems swallowed by human beings or animals for various biomedical and diagnostic applications are growing rapidly in the last years. This paper searched out the important existing electronic pills in the market and prototypes in research centers. Further objective of this research is to develop a technology platform with enhanced feature to cover the drawback of most
capsules. The designed telemetry unit is a synchronous bidirectional communication block using continuous phase DQPSK of 115 kHz low carrier frequency for inductive data transmission suited for human body energy transfer. The communication system can assist the electronic pill to trigger an actuator for drug delivery, to record temperature, or to measure pH of the body. It consists additionally to a 32bit processor, memory, external peripheries, and detection facility. The complete system is designed to fit small-size mass medical application with low power consumption, size of 7x25mm. The system is designed, simulated and emulated on FPGA.
Auf dem Markt existiert eine Vielzahl an PDAs. Alle haben einen sehr hohen Funktionsumfang und übertreffen sich von Generation zu Generation und erfordern einen hohen Entwicklungsaufwand von ganzen Entwicklerteams.
Der in dieser Arbeit entwickelte PDA mit seiner Hard- und Software soll kein Konkurrenzprodukt darstellen, sondern aufzeigen, was mit hausinternen Mitteln der Hochschule Offenburg möglich ist und gegebenenfalls eine Benutzeroberfläche für bestehende oder noch kommende Projekte bilden.
Das hier entstandene Gerät ist im Akkumulator-Betrieb autonom und kann als eigenständiges System betrieben werden. Als Herzstück dient das Softcore SIRIUS Mikroprozessorsystem, das als VHDL-Modell in einem FPGA emuliert wird.
Zum Darstellen des grafischen Betriebsystems, welches speziell für dieses PDA entwickelt wurde, wird ein AMOLED-Display verwendet. Dieses besitzt ein Touchpanel, welches zur Steuerung des Systems genutzt wird. Softwareseitig sind Grundfunktionen zur Darstellung von Bildern und Texten entstanden, sowie Beispielanwendungen, die diese benutzen. Das grafische Betriebssystem ist modular und ermöglicht die direkte Weiterentwicklung von Anwendungen für das System.
A new approach of continuous phase QPSK Band-Pass modulation technique is being developed as enhancement to the QPSK modulation scheme for inductive data transmission (NFC). The modulation is based on Gaussian filtering of the phase transition from one state to the other rather than discontinuity in phase shift. The carrier is based on low frequency 115 KHz suitable for human body energy penetration due to its large skin-depth and lower inductive power attenuation. The complete signal processing is done digitally, external coil and capacitor is used for transceiver interface. The telemetry assists a smart pill swallowed by human being to trigger an actuator for drug delivery, record temperature, or perform diagnostic task inside the body. The smart pill includes 32bit processor, 16 Kbyte memory, temperature sensor, telemetry unit, and additional external peripheries. The complete system is designed, embedded in one SoC, and realized on ASIC with chip-area less than 14 mm<sup>2</sup>.
A new, small, and optimized for low power processor core named SIRIUS has been developed, simulated, synthesized to a netlist and verified. From this netlist, containing only primitives like gates and flip-flops, a mapping to an ASIC - or FPGA technology can easily be done with existing synthesizer tools, allowing very complex SOC designs with several blocks. Emulation via FPGA can be done on already simple setups and cheap hardware because of the small core size. The performance is estimated 50 MIPS on Cyclone II FPGA and about 100 MIPS on a 0.35 CMOS 5M2P technology with 4197 primitives used for the core, including a 16 x 16 multiplier. An example design of the ASIC for an electronic ePille device currently in development is shown.
Im ASIC Design Center der Hochschule Offenburg wird ein Design Kit für die UMC 0.18μm Faraday Technologie aufbereitet. Dabei werden alle benötigten Dateien, welche für einen zunächst rein digitalen Chipentwurf unter Verwendung der Synopsys, Cadence und Mentor Tools benötigt werden, für den UMC 0.18μm Prozess zusammengestellt.
In Zusammenarbeit mit der Firma Schweizer Electronic AG, Schramberg, wurde seit 2007 ein aktives Sensorsystem mit Datenloggerfunktion entwickelt. Das System verfügt über eine RFID-Systemschnittstelle nach dem ISO15693-Standard und kann bis zu 30.000 Messwerte speichern. Im Jahr 2009 wurde im Auftrag der SIEMENS AG, Österreich, die Firmware des Systems nach neuen Spezifikationen und Ideen in wesentlichen Teilen neu entwickelt.
Im Institut für Angewandte Forschung (IAF) der Hochschule Offenburg, im ASIC-Design-Center wird seit Jahren an einem Softcore, genannt SIRIUS (Small Imprint Risc for ubi quitions System), entwickelt, der sich inzwischen in drei Familienmitglieder aufteilt: SIRIUS-TINY mit einer internen 16-bit-Struktur und einem 16-bit-Adressraum als kleinen Bruder, dem SIRIUS-JANUS mit einer internen 32-bit-Struktur, aber einem 16-bit-Bus-System, das es erlaubt den 32-bit-Adressraum zu nutzen, und dem großen Bruder, dem SIRIUS-HULK der sowohl intern als auch extern über eine 32-bit-Struktur verfügt, zusätzlich einen 32-bit-Divider enthält und auf den Speicher über einen dualen Cache zugreift.
Das Institut für Angewandte Forschung (IAF) der Hochschule Offenburg arbeitet seit mehreren Jahren an der Entwicklung der elektronischen Pille, mit der Medikamente im Darm telemetrisch gesteuert auf Kommando freigesetzt werden können. Das System benötigt dazu eine hochminiaturisierte Elektronik, die in Form eines integrierten Schaltkreises (ASIC) entwickelt wurde.
Im Rahmen einer Zusammenarbeit mit der Schweizer Elektronik AG wurde seit 2007 ein aktives Sensorsystem mit Datenloggerfunktion (Abbildung 1.4-1) entwickelt, das über eine nach ISOStandard ISO 15693 ausgelegte Funkschnittstelle verfügt. Über das System wurde bereits im Forschungsbericht 2008 berichtet.
ASIC-Bausteine enthalten heute für die Umsetzung von programmierbaren Funktionen sogenannte Prozessorkerne, die in einer Entwurfssprache wie VHDL oder Verilog beschrieben und mit Synthesetools auf eine gewünschte Zieltechnologie abgebildet werden können. An der Hochschule Offenburg wurde in den letzten Jahren der Prozessorkern SIRIUS entworfen [1] und inzwischen so weit ausgereift, dass er in unterschiedlichen Projekten erfolgreich implementiert werden kann. In der Zieltechnologie AMI 0,35 ist er z.B. in dem ePillen-Chip enthalten. Als Softcore kann er auch mit gleicher Funktionalität in einem FPGA implementiert werden.
Das Institut für Angewandte Forschung (IAF) der Hochschule Offenburg ist seit mehr als 3 Jahren an der Entwicklung einer elektronischen Pille engagiert, die die bisher übliche chemische Freisetzung von Medikamenten im Darm durch eine gesteuerte, über Telemetrie ausgelöste Freisetzung ersetzen soll Damit lassen sich Therapien durchführen und Medikamente verwenden, die in der klassischen Form nicht möglich sind.
BioPower
(2009)
Das Projekt BioPower ist eine Kooperation des Instituts für Angewandte Forschung (IAF) der Hochschule Offenburg mit dem Institut für Mikrosystemtechnik (IMTEK) der Universität Freiburg. Es handelt sich um den Versuch, die im Körper vorhandenen Energiequellen sozusagen direkt anzuzapfen, um sie für technische Zwecke zu nutzen. Von den vielen bestehenden Möglichkeiten konzentriert sich die Forschung hier auf die Nutzung der Glukose im Blut, die auch sonst als Energieträger zur Versorgung der Zellen im Körper dient.