Ultra Low Power Transceiver for Wireless Body Area Networks

انتظار می‌رود شبکه‌های بی‌سیم ناحیه بدن (WBAN) برنامه‌های کاربردی جدیدی را برای نظارت بر سلامت سرپایی بیماران مزمن و جمعیت سالمند با هدف بهبود کیفیت زندگی و استقلال آنها ترویج کنند. این شبکه‌ها توسط گره‌های حسگر بی‌سیم (WSN) تشکیل شده‌اند که برای اندازه‌گیری متغیرهای فیزیولوژیکی (مانند سطح گلوکز در خون یا دمای بدن) یا کنترل دستگاه‌های درمانی (مانند پمپ‌های انسولین کاشته‌شده) استفاده می‌شوند. این گره ها باید میزان بالایی از استقلال انرژی را نشان دهند تا طول عمر باتری خود را افزایش دهند یا حتی تامین گره را متکی به تکنیک های برداشت کنند. به طور معمول، بودجه برق شبکه های بی سیم تحت تسلط پیوند بی سیم است و از این رو، در سال های گذشته تلاش های زیادی به سمت اجرای فرستنده گیرنده های کارآمد انجام شده است.

به دلیل برد کوتاه (معمولاً دیگر نه بیشتر). از چند متر) و سرعت داده کم (معمولاً بین 10 کیلوبایت بر ثانیه و 1 مگابیت بر ثانیه)، می توان از پروتکل های ارتباطی ساده استفاده کرد. یکی از این پروتکل ها، که به طور خاص برای برنامه های WBAN طراحی شده است، استاندارد کم انرژی بلوتوث (BLE) است.

این کتاب چالش ها و راه حل های طراحی فرستنده گیرنده های بسیار کم توان برای برنامه های WBAN را تشریح می کند و جزئیات اجرای یک نمونه اولیه فرستنده گیرنده BLE. پوشش نه تنها شامل مفاهیم و معماری های اصلی برای دستیابی به مصرف برق کم است، بلکه جزئیات طراحی مدار و اجرای آن در یک فناوری استاندارد CMOS را نیز شامل می شود.

Wireless Body Area Networks (WBANs) are expected to promote new applications for the ambulatory health monitoring of chronic patients and elderly population, aiming to improve their quality of life and independence. These networks are composed by wireless sensor nodes (WSNs) used for measuring physiological variables (e.g., glucose level in blood or body temperature) or controlling therapeutic devices (e.g., implanted insulin pumps). These nodes should exhibit a high degree of energy autonomy in order to extend their battery lifetime or even make the node supply to rely on harvesting techniques. Typically, the power budget of WSNs is dominated by the wireless link and, hence, many efforts have been directed during the last years toward the implementation of power efficient transceivers.

Because of the short range (typically no more than a few meters) and low data rate (typically in between 10 kb/s and 1 Mb/s), simple communication protocols can be employed. One of these protocols, specifically tailored for WBAN applications, is the Bluetooth low energy (BLE) standard.

This book describes the challenges and solutions for the design of ultra-low power transceivers for WBANs applications and presents the implementation details of a BLE transceiver prototype. Coverage includes not only the main concepts and architectures for achieving low power consumption, but also the details of the circuit design and its implementation in a standard CMOS technology.