当手机无线充电，成为身边常事。很少有人知道，在无线能量传输和无线数据传输之间，存在着“鱼与熊掌”不可兼得的瓶颈。而这，也已成为全球业内科学家们想要攻克的难题。一旦解决，将首先在生物医疗电子领域，带来突破性的技术进展。

几天前的2018国际固态电路会议上，复旦大学脑芯片研究中心模拟与射频集成电路设计团队发表论文，在探索鱼与熊掌兼得的路径上，迈出领先步伐。

在芯片电路传输协议中，在确保数据通信质量的同时，提升能量传输效率，难题在哪里？复旦团队专家细说，一方面，由于在关键物理量的获取方法、能量等级和常用频段等方面存在显著差异，如何采用同一天线来同时完成数据和能量的获取，本就是设计这一协同传输系统的技术难点；另一方面，在实现了同一天线的数据和能量传输后，如何避免数据传输和能量传输通路间的相互影响，降低无线能量传输效率因数据传输而受到的损失，更是一个亟待解决的问题。

这种局面将得到改变。由复旦大学微电子学院几位青年教师为主导的脑芯片研究中心模拟与射频集成电路设计团队，日前在无线能量和数据传输系统集成电路设计方面取得了突破性进展，提出了一种无线能量和数据协同传输的新型技术，并在高能效无线能量传输系统设计中取得了关键突破。相关论文发表于ISSCC 2018。复旦大学微电子学院青年教师王彧为论文第一作者，叶大蔚为通讯作者，二人均为复旦大学脑芯片研究中心引进的青年研究人才。

 芯片设计图  课题组提供 

在全新的系统集成电路设计中，传输能量传输效率达到同类环境工作的两倍。在成果发布的2018国际固态电路会议上，论文已经公开，立刻引来国际同行关注和询问了解。

据介绍，课题组研究人员通过将13.56MHz同时作为能量传输的频段和数据传输的载波频段，由该团队提出的新型无线能量和数据传输技术，能够仅使用一根天线同时完成数据和能量的无线传输。在无线能量传输方面，团队研制的芯片采用动态阻抗匹配技术、电压转换率自动调整技术，实现了高效率的能量传输；在无线数据传输方面，则采用AM调制方式和偏移限幅放大技术提取信号，使得信号放大仅在接收信号的包络上进行，避免了与无线能量传输的相互影响。

“假设我和你打招呼，要让你听得清楚。我喊得很大声就会很累。换言之，能量传输的效率不那么高。但如果有喇叭，我只要轻轻一讲话你就能听到。能量传输的效率就有了保证。”叶大蔚用生活化的比方来解释其中的巧思。与国内外先进成果相比，该芯片以最小的信号调制深度实现了无线能量和信号同时传输，从而达到了最高的有效能量转化效率，是“鱼和熊掌”兼得的成功范例。

新技术很快进入应用领域。据介绍，无线能量和数据协同传输新技术的诞生，与脑芯片研究中心团队目前参与的一项上海市科委技术研究项目“基于微芯片技术的脑活动多道记录系统”大有渊源。该项目是华东师范大学神经科学家林龙年教授领衔的上海市科委脑与类脑科学领域基础研究项目。为了满足项目中通过植入式芯片采集实验动物体的神经信号的实际诉求，团队必须研发一款能够实现无线数据和能量同时传输的芯片。

作为依托的该项目为这一系统芯片提供了适合实际应用的能量供给和信号传输方案。而类似的应用场景实际常见于各种生物医疗电子的应用，尤以采用无线供电的植入式和穿戴式生物医疗电子系统为代表。

王彧举了一个有关植入式芯片监测人体血糖等指标的例子：“一方面，芯片需要把监测到的数据传递出来，另一方面，芯片工作也需要持续的能量供给。这些都需要无线进行。”过去，这一应用会面对一个尴尬的困境：“传能量时数据不太好传，传数据时又没能量”。而在团队此次研发的新技术下，供电方案的难题大有希望迎刃而解。

与此同时，在生物医疗电子之外，该技术也有可能应用于其他生活场景。“如果我手机没电了，你手机还有很多电，我是不是可以把你的电充一点过来？”王彧做了个有关手机交互假设，而在未来，新技术突破的数据、能量传输瓶颈，或许还可在物联网中发挥更大作用。