FPGA平台下电流耦合人体通信收发器设计及实验验证

电耦合型人体通信收发器的设计与实现是一项前沿的科研工作，它利用电流作为载体，通过FPGA（Field-Programmable Gate Array）平台进行信号处理，旨在克服传统无线通信协议在人体环境中的局限性。FPGA在此过程中扮演了关键角色，它支持高效且灵活的数字信号处理，包括基于DDS（Direct Digital Synthesis）的2CPFSK调制器，这是一种双相移键控（Double-Carrier Frequency Shift Keying）技术，能将数字基带信号转化为两个不同频率的正弦波，以减少信号失真。 全数字锁相环位同步电路是另一个重要的组成部分，它确保了接收端与发送端信号的精确同步，这对于在人体复杂信道中的数据传输至关重要。由于人体组织的电导率和相对介电常数随频率变化，设计时必须考虑频谱单一的正弦波形作为载波信号，以降低色散效应对信号质量的影响。 发送器部分的设计着重于信号的稳定传输。首先，发送器采用恒流信号输出，确保在人体内通信的安全性，遵循人体安全电流限制标准。其次，低通滤波器用于去除高频噪声和杂散信号，提高信号的纯净度。信号保持电路则有助于延长信号的有效时间，确保数据在人体内部的可靠传输。 在接收端，信号需要经过前处理，这可能包括解调器的使用，将接收到的信号恢复为原始的数字基带信号。这个过程依赖于精确的同步和有效的信号解码技术，以实现数据的有效解析。 实验验证是设计的关键环节，通过在人体实验中测试收发器性能，确认其是否能满足设计要求。结果显示，电流耦合型人体通信收发器成功地实现了数字基带信号在人体内的有效传输，为体域网（Body Area Networks, BAN）在医疗保健、运动监测和个人娱乐等领域的应用提供了新的解决方案。 电耦合型人体通信收发器的设计与实现展示了如何利用FPGA技术克服特定环境下通信难题，为智能穿戴设备和植入式医疗设备之间的无线通信提供了一种创新且安全的选择。它不仅突破了传统无线通信协议的局限，还促进了体域网技术的发展和广泛应用。