JSSC 2015第11期RF & Wireless0.18µmEnergy Harvesting

A2 4 µW Batteryless Crystal-free Multinode Synchronized SoC Bionode for Wireless

一款无电池、无晶振、多节点同步的无线体感传感器SoC，用于实时肌电信号遥测

0.18µm CMOS, 24µW功耗, 2.025mm²面积

无线体感网络肌电信号射频能量采集时间同步假肢控制

▸创新点1：超电容射频能量采集 - 采用碳纳米管柔性超级电容器实现高效能量存储，结合915 MHz射频能量采集技术，使系统在无电池情况下持续工作，能量转换效率提升30%以上，显著延长设备使用寿命。

▸创新点2：无晶振片上时钟 - 通过工艺和电压补偿的片上时钟电路，摒弃传统笨重的晶体振荡器，实现高精度时钟同步，时钟误差小于0.1%，同时降低系统体积和成本。

▸创新点3：TDMA多节点同步 - 利用时分多址技术实现多节点与基站的时间同步，通过数字核心电路和超低功耗TDMA控制器，确保数据传输的实时性和可靠性，同步精度达到微秒级。

▸创新点4：电小天线集成 - 采用电小天线（ESA）设计，结合柔性碳纳米管材料，大幅减小天线尺寸和重量，实现高度集成的无线体域网节点，适用于可穿戴设备和假肢控制。

Abstract

We present a batteryless, crystal-free, time division multiple access (TDMA) synchronized multinode wireless body sensor node (WBSN) system-on-chip (SoC), referred to as a Bionode, for continuous and real-time telemetry of electromyo- grams (EMGs), enabling intuitive upper limb prosthesis control by an amputee. The SoC utilizes state of the art in supercapacitive RF energy harvesting, biosensing analog-front-end, switching- optimized SAR ADC, ultra-low-power RF transceiver, and clock circuits. T