I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   9 ,   No .   4 A u g u s t   201 9 ,   p p .   2 6 3 7 ~2 6 4 7   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v9 i 4 . p p 2 6 3 7 - 2647          2637       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   Desig n and   o pti miz a tion  of  i ndu cti v ely   c o upled  s pir a s qua re  c o ils for  b io - i m pl a ntable  m icro - s y s te m   d ev ice         A bd elg ha ni   L a k hd a ri , N a s r - E dd i ne  M ekk a k ia - M a a z a ,   M er iem   De k m o us   L a b o ra to ire d e s M icro sy stè m e s e t   S y stè m e s E m b a rq u é s L . M . S . E,   Un iv e rsité d e s S c ien c e s e d e   la T e c h n o l o g ie d Ora n ,   A lg é rie       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   25 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   No v   1 2 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Mar   4 ,   2 0 1 9       Du e   to   th e   d e v e lo p m e n o f   b io m e d ica m icro s y ste m te c h n o l o g ies ,   th e   u se   o f   w irele ss   p o w e tran sfe s y st e m in   b io m e d ica a p p li c a ti o n   h a b e c o m e   v e r y   larg e l y   u se d   f o p o w e rin g   th e   i m p lan ted   d e v ice s.  T h e   w ir e les p o w e r   tran sfe r   b y   in d u c ti v e   re so n a n c e   c o u p li n g   li n k ,   is  a   tec h n ic   f o p o w e rin g   im p lan tab le  me d ica d e v ice s   (IM Ds b e t w e e n   th e   e x tern a a n d   i m p lan ted   c ircu it s.  In   th is   p a p e w e   d e sc rib e   th e   d e sig n   o f   a n   in d u c ti v e   re so n a n c e   c o u p l in g   li n k   u sin g   f o p o w e rin g   s m a ll   b io - im p lan ted   d e v ice su c h   a im p lan tab le  b io - m icro s y ste m ,   p e a c e m a k e r   a n d   c o c h lea im p la n ts.  We  p re se n th e   re d u c e d   d e sig n   a n d   a n   o p ti m iza ti o n   o f   sm a ll   siz e   o b tain e d   sp iral  c o i ls  o f   a   9 . 5   m m 2   im p lan tab le  d e v ice   w it h   a n   o p e ra ti n g   f re q u e n c y   o f   1 3 . 5 6   M Hz   a c c o rd in g   to   th e   in d u strial  sc ien ti f ic - m e d ica ( IS M ).   T h e   m o d e o f   th e   in d u c ti v e   c o u p li n g   li n k   b a se d   o n   sp iral  sq u a re   c o il s   d e sig n   is  d e v e lo p e d   u sin g   th e   t h e o re ti c a a n a ly sis  a n d   o p ti m iza ti o n   g e o m e tr y   o f   a n   in d u c ti v e   li n k .   F o r   a   m u tu a d istan c e   b e tw e e n   th e   t w o   c o il a 1 0 m m ,   th e   p o w e tr a n sf e r   e fficie n c y   is   a b o u 7 9 %   w it h    = 300Ω ,   c o u p li n g   c o e f f i c ien o f   0 . 0 7 5   a n d   a   m u tu a l   in d u c tan c e   v a lu e   o f   2 µH .   In   c o m p a riso n   w it h   p re v io u w o rk s,  th e   re su lt o b tai n e d   in   th is  w o rk   sh o w e d   b e tt e p e rf o r m a n c e   su c h   a s   th e   w e a k   in ter  c o il s   d istan c e ,   th e   h ig h e f f icie n c y   p o we tran sf e a n d   g e o m e tr y .   K ey w o r d s :   B io m ed ical  i m p lan ts   I n d u cti v co u p li n g   Sq u ar in d u c to r s   W ir eless   tr an s f er   p o w er   Co p y rig h ©   2 0 1 9   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A b d elg h a n L ak h d ar i   L ab o r ato ir d es M icr o s y s m e s   et  S y s m es E m b ar q u é s   L . M . S.E ,   Un i v er s ité  d es Scie n ce s   et  d l T ec h n o lo g ie  d Or an ,   Mo h a m ed   B o u d iaf ,   UST O - MB ,     B P   1 5 0 5   E l M n ao u er ,   3 1 0 0 0   Or an ,   Alg ér ie .   E m ail ab d elg h an i.la k h d ar i@ u n iv - u s to . d z       1.   I NT RO D UCT I O N   T h in ter est  in   b io m ed ical  i m p lan ts   b ec a m m o r attr ac ti v s in ce   th e y   h a v f o u n d   ap p licatio n s   i n   v ar io u s   d o m a in s   s u ch   a s   ca r d iac  p ac e m ak er s   [ 1 ] ,   co ch lear   p r o s th eses   [ 2 ]   an d   m u lt ich a n n el  n eu r al  r ec o r d in g   ap p licatio n s   [ 3 ] .   W ir eless   p o w er   tr an s f er   is   an   alter n ati v s o lu tio n ,   w h ich   o f f er s   an   attr ac tiv p o w er   d eliv er y   s ch e m f o r   b io m ed ical  i m p la n ts   b y   li m iti n g   t h n ee d   f o r   b att er y   r ep lace m e n t.  T h i n d u cti v co u p lin g   l in k   i s   a   o n o f   th p o p u lar   tech n iq u e s   u s ed   f o r   th r ea lizatio n   o f   th e   w ir eles s   p o w er   tr an s f er   ( W PT)   s y s te m   f o r   p o w er in g   th i m p la n ted   d ev ic es [ 4 ] .   I n   g e n er al,   t h s tr u ct u r o f   t h i n d u cti v co u p li n g   li n k   f o r   b io - i m p la n ted   d ev ice s   co n s is o f   t wo   co ils : a n   e x ter n al   co il ( p r i m ar y   co il),   w h ic h   i s   p lace d   o u ts id th e   h u m an   b o d y   a n d   t h i n te r n al  co il ( s ec o n d ar y   co il),   w h ic h   is   i n s id th h u m a n   b o d y   at  s h o r t d is tan ce   f r o m   th e x ter n al  co il [ 5 ]   as sh o w n   i n   Fi g u r 1 .   T h b io - i m p la n tab le  d ev ice s   i n ten d ed   f o r   th e   s m alles p o s s i b le  s ize  m u s b i m p la n ted   ac co r d in g   to   th f u n c tio n al   d ep th   i n   th e   h u m a n   b io lo g ica ti s s u e.   W h ich   i s   u s u all y   les s   t h a n   1 0 m m   f r o m   t h d ep th ,   f o r   ex a m p le,   i m p la n ted   m i cr o s y s te m s   ar p lace d   b et w ee n   1 - 4   m m   o f   d ep th .   C o c h lea r   i m p lan ts   ar p lace d   b et w ee n   3 - 6   m m   o f   th e   d ep th ,   an d   f o r   r eti n al  i m p la n ts ,   is   n e ce s s ar y   d ep th   o f   5   m m   [ 6 ] .   C u r r en tl y ,   t h s tu d y   o f   w ir eless   p o w er   tr an s f er   s y s te m   f o r   b io - i m p lan tab le  d ev ices  f o cu s es  o n   th d esi g n   an d   o p ti m izatio n   o f   th co ils   [ 7 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 9   :   2 6 3 7   -   2 6 4 7   2638   I n   g en er al,   th i m p lan tatio n   o f   B io - i m p la n tab le  d ev ices  w it h i n   th h u m a n   b o d y   u s in g   m a g n e tic   co u p lin g   f o r   s h o r d is tan ce ,   s u f f er s   f r o m   m a n y   p r o b le m s ,   s u c h   as  co ils   s ize,   m u t u al  d is tan ce   b et w ee n   t h e   co ils ,   lo s s   o f   co u p li n g   an d   ef f i cien c y   p o w er   tr an s f er .   I n   t h is   p ap er ,   o p ti m al   o f   a n   i n d u cti v l in k   co u p lin g   b ased   o n   s p ir al  s q u ar co ils   g eo m et r y   u s ed   i n   w ir ele s s   p o w er   tr an s f er   s y s t e m   f o r   B io - i m p la n tab le  d ev i ce s   at  1 3 . 5 6   Mh is   p r o p o s ed ,   th d im e n s io n s   g eo m etr ie s   o f   t h co ils   o f f er   2 2 . 5   m m   o f   t h m u t u al  d i s ta n ce   in   th air .   Ho w e v er ,   at  a   d is tan ce   o f   1 0   m m   b et w ee n   th co il s ,   th p o w er   tr an s f er   ef f icie n c y   is   7 9 %.   T h is   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo w s Sectio n   2   p r esen t s   th eo r e tical  an al y s i s   o f   t h r eso n an ce   in d u cti v e   lin k   s y s te m   f o r   b io m ed ical   a p p licatio n ,   s ec tio n   3   p r esen t s   m o d elin g   a n d   o p ti m izatio n   o f   th e   I n d u c tiv e l y   C o u p led   Sp ir al  Sq u ar C o ils   a t 1 3 . 5 6   MH z,   in   s ec tio n   4   s i m u latio n   a n d   d is cu s s io n   o f   r es u l ts   ar p r esen ted .           Fig u r 1 .   I n d u ctiv co u p lin g   li n k   d ia g r a m   o f   t w o   co u p led   co i ls       2.   I NDUC T I V E   L I NK   F O B I O M E DICA L   I M P L ANTAB L E   S YST E M S   2 . 1 .   Reso na nce  circ uits i n ind uct iv co up lin g                             T h is   s ec tio n   p r ese n ts   a ll  cir c u its   m o d els  to p o lo g ies  f o r   in d u ctiv co u p lin g   s y s te m s   f o r   b io m ed ica l   ap p licatio n ,   th er ar f o u r   d if f er en ch o ices  o f   r eso n a n in d u ctiv co u p li n g   to p o lo g ies:   s er i al - to - p ar allel  ( SP ) ,   p ar allel  to - s er ial  ( P S),   s er ial - to - s er ial  ( SS )   an d   p ar allel - to - p ar allel  ( PP )   [ 8 ,   9 ] ,   as  s h o w n   in   Fi g u r 2 ,   r esp ec tiv el y .   T h m at h e m atic al  m o d els  to   ca lcu late  g eo m etr ical  p ar am eter s   o f   t h co ils   an d   th w ir eles s   en er g y   tr an s f er   e f f icie n c y   f o r   p o w er in g   b io - i m p lan ted   d ev ic es  ar p r esen ted .   T h s y s te m s   co m p o s ed   o f   t w o   co ils ,   th p r i m ar y   co il  is   lo ca ted   o u ts id th h u m an   b o d y   ( ex ter n al  co il),   a n d   th s ec o n d ar y   co il  is   lo ca ted   in s id t h h u m an   b o d y   ( i m p la n ted   co il)  [ 1 0 ] .           Fig u r 2 .   Fo u r   d if f er e n t to p o lo g ies   f o r   in d u ct iv co u p li n g   s y s te m s       W h en   L T   an d   L R   ar s elf - i n d u cta n c o f   th p r im ar y   a n d   s ec o n d ar y   co il s ,   r esp ec tiv el y ,   R 1   an d   R 2   ar e   th eq u i v alen s er ies  r esis ta n c ( p ar asit ic  r esis tan ce )   o f   th p r im ar y   a n d   s ec o n d ar y   co ils ,   r esp ec tiv el y ,   R s   ar e   th s er ies r es is ta n ce .   T h ca p ac ito r s   C T   an d   C R   ar u s ed   to   cr ea te  r eso n an ce   o n   b o th   s id es o f   t h lin k .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Desig n   a n d   o p t imiz a tio n   o f in d u ctive ly  co u p le d   s p ir a l sq u a r co ils   fo r   b io   ....   ( A b d el g h a n La kh d a r i)   2639   2 . 2 .   I nd uct iv li n k   re s o na nt  pr o p o s ed   T h th eo r etica a n al y s i s   a n d   s i m u latio n   ar v er y   i m p o r tan t   f o r   d esig n in g   a   g o o d   id ea i n d u cti v li n k   co u p lin g   f o r   ca lc u late  a n d   o p ti m ize  t h p o w er   tr a n s f er   ef f icien c y   [ 1 1 ,   1 2 ] .   I n   th is   p ar t,  w p r esen th e   in d u cti v e   li n k   co u p li n g   w it h   s er ial - to - p ar allel   ( SP )   to p o lo g y   u s ed   f o r   p o w er in g   th e   i m p la n ted   m icr o s y s te m s   d ev ices.  T y p icall y ,   th s y s te m   co n s is t s   o f   t w o   r eso n an R L C   cir cu its t h tr an s m it ter   cir cu i ( p r im ar y   cir c u it),   w h ic h   r ep r esen th ex ter n al   cir cu it,  an d   r ec eiv er   cir cu it  ( s ec o n d ar y   cir cu it)  th at  r ep r esen t h i m p la n ted   cir cu it.  W u s th p r i m ar y   c ir cu it  in   s er ie s   r eso n an ce   to   p r o v id lo w   i m p ed a n ce   lo ad ,   an d   th s ec o n d ar y   cir cu it  i s   al m o s t   i n v ar iab l y   p a r allel.   T h o p er ati n g   r e s o n a n c f r eq u e n c y   is   b it   1 3 . 5 6 MH z;  th i s   f r eq u e n c y   is   s elec ted   ac co r d in g   to   i n d u s tr i al  s cien ti f ic  an d   m ed ical  ( I S M)   b an d   to   av o id   tis s u h ea t in g   [ 1 3 ] .   Fig u r 3   s h o w s   SP   in d u cti v li n k   co u p lin g   u s ed   f o r   p o w er i n g   b io - i m p lan ted   d ev ices.           Fig u r 3 .   I n d u ctiv co u p lin g   li n k   s er ie s - to   p ar allel       W h en   L T   an d   L R   ar th s elf - in d u ctan ce   o f   th e x ter n al  co il  an d   i m p la n ted   co il,  r esp ec tiv el y .   T h r esis to r s   R 1 ,   R 2   r ep r esen th eq u iv ale n s er ie s   r esi s tan ce   o f   th p r i m ar y   a n d   s ec o n d ar y   co il s ,   r esp ec tiv el y ,   ( C T )   an d   ( C R )   ar th r eso n an ca p ac ito r s   in   t h e x ter n al  a n d   i m p la n ted   cir cu it,   r esp ec tiv el y ,   an d   R l o ad   is   th i m p lan ted   r esis ta n ce   [ 1 4 ] .   T h lo ad   R l o ad   r ep r esen ts   th r ec tif ier   an d   ad d itio n a p o w er   elec tr o n ics.   T h d eg r ee   o f   co u p lin g   b et w ee n   t h ese  t w o   co ils   ca n   b d escr ib ed   in   ter m s   o f   t h eir   m u t u al   in d u cta n ce   [ 1 5 ] .   T h m u t u al  in d u cta n ce   b et w ee n   t h ex ter n al   an d   i m p lan te d   cir cu its   d ef i n ed   b y   e x p r ess io n   ( 1 ) :       M = k L T L R                                                                                                                                                                                          ( 1 )     T h co u p lin g   f ac to r   k ,   s h o ws  th p r o p o r tio n   o f   th ex ter n al  co il  ( L T )   m a g n e tic  f ield ,   wh ich   i s   ca p tu r ed   b y   t h i m p lan ted   co il  ( L R ) .     P h y s icall y ,   k   is   eq u al s   to   t h f r ac tio n   o f   t h m a g n e tic  f l u x   g e n er ated   b y   th ex ter n al  co il  L T ,   w h ic h   f lo w s   th r o u g h   t h i m p lan co il  L R th co u p lin g   co e f f icien k   is   b et wee n   ze r o   an d   o n an d   ca lcu lated   as  g i v en   i n   ex p r ess io n   ( 2 )   [ 1 6 ] :     k = M L T L R                                                                                                                                                                                                                     ( 2 )     Fo r   th co u p lin g   co ef f icie n t   k   eq u als  o n e,   th co u p lin g   i s   at  m a x i m u m ,   an d   f o r   th co u p lin g   co ef f icie n t   k   eq u als  ze r o ,   th t w o   co ils   ar u n co u p led .   T h ex ter n a i n d u cta n ce   L T   is   ca lc u lated   b y      ex p r ess io n   ( 3 ) :     L T = 1 C T ω 0 2                                                                                                                                                   ( 3 )       T h Op er atin g   f r eq u e n c y   ω 0 = f .   T h in ter n al  i n d u c tan ce   L R   is   ca lcu l ated   b y   ex p r es s io n   ( 4 ) :     L R = 1 C R ω 0 2                                                                                                                                                   ( 4 )     T h s er ies r esis ta n ce   o f   th i m p lan ted   s ec o n d ar y   co il is   e x p r ess e d   b y   ( 5 ) :     R 2 = R l o ad 1 + ω 0 2 R l o ad 2 C R 2                                                                                                                                      ( 5 )     Fig u r 4   r ep r esen t s   t h eq u i v alen elec tr ica m o d el  o f   t h i n d u cti v l in k   co u p li n g   ( SP ) ,   th p r i m ar y   p ar t is p lace d   in   th air ; th s e co n d ar y   p ar t is p lace d   in   t h h u m a n   b o d y   ( i m p la n t p ar t) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 9   :   2 6 3 7   -   2 6 4 7   2640       Fig u r 4 .   S i m p li f ied   m o d el  o f   th r eso n a n t i n d u cti v co u p li n g   lin k       E ac h   tu r n   is   eq u i v ale n to   an   in d u cto r   L   in   s er ies  w it h   r esis tan ce   R   an d   b o th   in   p ar allel  to   ca p ac itan ce .   w h er e   R 1   an d   R 2   ch ar ac ter ize  th i n ter n al  r esi s tan c es  o f   t h i n d u cta n ce   L T   L R ,   r esp ec tiv el y .   C sT   an d   C sR   ch ar ac ter ize  th eir   p ar asit ic  ca p ac itan ce s   o f   th p r i m ar y   a n d   s ec o n d ar y   co ils   [ 1 7 ] ,   r esp ec tiv el y .   I n   g e n er al,   th elec tr ical  p ar am eter s   ( Z t   an d   Z r )   o f   an   in d u cto r   d ep en d   o n   th f r eq u e n c y   ex p r es s ed   b y   ( 6 ) - ( 9 ) :     Z t = v T I 1 = w 2 M 2 Z 2                                                                                                                                                 ( 6 )     Z r = v R I 2 = jw M I 1 I 2                                                                                                                                            ( 7 )     Z 1 = ( R 1 + jw L T / / 1 jw C sT ) + 1 jw C T                                                                                                                                                                       ( 8 )     Z 2 = R 1 + jw L R + 1 jw C R / / R l o ad                                                                                                                ( 9 )     A cc o r d in g   to   th e x p r ess io n   ( 1 0 ) ,   w ca lc u late  t h i m p la n te d   lo ad   r esis tan ce   R l o ad [ 1 8 ] .     R l o ad 2 4 w 2 L R 2 >   0   , w =   f   an d     R l o ad f L R                                                                                                                               ( 1 0 )       3.   M O DE L I N G   O F   P L A NE SPIRA L   S Q UAR E   CO I L S   3 . 1 .   I nd uct a nce  c a lcula t io n   A p p l y in g   m a g n etic  f ield   in   th ex ter n al  co il  w ill  i n d u ce   cu r r en f lo w i n g   in   t h i m p lan co il.   T h v alu o f   t h i n d u ce d   c u r r en i s   as s o ciate d   to   b o th   t h e x ter n al   an d   i m p la n co ils   L T   an d   L R . A cc o r d in g   to   th ( 1 1 ) ,   as c alcu lated   th v al u o f   th s el f - i n d u cta n ce   f o r   p lan er   s p ir al  s q u ar co il [ 1 9 ] .       L = C 1 μ 0 n 2 d av g 2 [ l n ( C 2 φ ) + C 3 φ + C 4 φ 2 ]                                                                                      ( 1 1 )     w h er   n     is   n u m b er   o f   t u r n s   o f   t h co il,    0 = 4 × 10 7 /   is   th m a g n eti p er m ea b ili t y ,   C     is   t h co ef f icie n t   th e   g eo m etr ical  la y o u o f   th e   s q u ar e   s p ir al  i n d u ct o r   b ased   o n   th e   v al u e s   as   C 1 = 1 . 27   C 2 = 2 . 07 C 3 = 0 . 18   an d   C 4 = 0 . 13   φ    is   th f ac to r   o f   f o r m ,   w h ic h   c h an g es   f r o m   0 ,   w h en   all  t h t u r n s   ar e   co n ce n tr ated   o n   th e   p er i m eter   lik f i la m e n co il s ,   to   1   w h e n   t h t u r n s   s p ir al  al t h w a y   to   th ce n ter   o f   th e   co il [ 20] .   T h f ill  f ac to r s   φ T φ R   f o r   ex ter n al  a n d   i m p la n ted   co ils ,   r es p ec tv el y ,   is   ca lc u lated     b y   th e   ( 1 2 ) :     φ T = d o u t . T d in . T d o u t . T + d in . T φ R = d o u t . R d in . R d ou t . R + d in . R                                                                                                                                                                 ( 1 2 )                       I n   ad d itio n ,   is   th a v er ag d ia m eter   o f   co il   d av g ,   is   ca lcu lated   b y   ( 1 3 ) :     d av g . T = ( d o u t . T + d in . T ) 2 d av g . R ( d o u t . R + d in . R )   2                                                                                                                                           ( 1 3 )     w h er   d o ut   is   o u ter   d ia m eter   a n d   d in    in n er   d ia m eter s   o f   t h co il.   T h o u ter   d iam eter s   o f   th e x t er n al  an d   i m p la n t c o ils ,   i s   ex p r ess ed   b y   ( 1 4 ) :     d o ut = d in + 2wn + 2s ( n 1 )                                                                                                               ( 1 4 )     w h er e   n   is   n u m b er   o f   t u r n s ,   w   w id t h   o f   t h co n d u cto r   an d   s   is   th s p ac b et w ee n   t h t u r n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Desig n   a n d   o p t imiz a tio n   o f in d u ctive ly  co u p le d   s p ir a l sq u a r co ils   fo r   b io   ....   ( A b d el g h a n La kh d a r i)   2641   Fig u r 5   ar s h o w n   all  g e o m e tr ics  p ar a m eter s   o f   t h s q u ar i m p la n ted   co il.   T h o p tim ized   p ar am eter s   v al u o f   t h i m p la n ted   an d   ex ter n al  co il  is   s h o wn   in   T ab le  1 .   T h o p tim izatio n   ai m s   ar to   r ed u c th i m p la n ted   co il g eo m etr ics.           Fig u r 5 .   P lan ar   s p ir al  s q u ar co il       T ab le  1 .   T h p ar am eter s   v al u e   o f   th i m p lan t a n d   ex ter n al  co ils   Q u a n t i t y   S y mb o l   Ex t e r n a l   c o i l   I mp l a n t e d   c o i l   O u t e r   d i a me t e r   d o u t   4 5   mm   9 . 5 0   mm   I n n e r   d i a me t e r   d in   4 . 3 0   mm   4 . 9 0 m m   A v e r a g e   D i a me t e r   d a v g   2 4 . 6 5   m m   7 . 2 0   mm   I n d u c t a n c e   L   5 , 1   μH   1   μH   N u mb e r   o f   t u r n s     15   9 . 5 0   I n d u c t o r   w i d t h   w   0 . 9 8   mm   0 . 1 5   mm   T u r n   sp a c i n g   s   0 . 4 0   mm   0 . 1 0 m m   F i l l   f a c t o r   φ   0 . 8 2   0 . 3 2   T h i c k n e ss o f   c o n d u c t o r   t c   3 5 µ m   3 5 µ m       3 . 2 .   Co up lin g   co ef f icient   a nd   m u t ua l indu ct a nce  ca lcula t io n   W co n s id er   t w o   p lan er   s p ir al  s q u ar co ils   w ith   o u ter   d ia m eter s   a   an d   b .   T h m u t u al  d is tan ce   b et w ee n   ex ter n al  an d   i m p lan co ils   s h o u ld   s ati s f y   t h co n d iti o n   in   t h ex p r ess io n   ( 1 5 ) :     a = X 2 + b 2                                                                                                             ( 1 5 )     w h er e        a = d o u t . T 2   ,   b = d o u t . R 2                             E x p r ess io n   ( 1 6 )   p r o p o s ed   s i m p le  r atio   o f   t h e   d is ta n ce   b et w ee n   th e   co ils   an d   o u ter   d i a m eter   o f   th ex ter n al  co il to   m a x i m ize  t h m a g n etic  f ield   in   t h r ec eiv in g   co il.     d ou t . T X 2 2                                                                                                                                  ( 1 6 )     w h er X   r ep r esen ts   t h m a x i m u m   d is ta n ce   b et w ee n   t h ex ter n al  an d   i m p la n t sq u ar s p ir al  co ils .     T h m u t u al  d is ta n ce   b et w e en   th e x ter n al  a n d   i m p la n s p i r al  s q u ar co ils   s h o u ld   s atis f y   th co n d itio n   p r ese n t i n   th ( 1 7 )   [ 2 1 ] :     d o u t . T 2 = X 2 + ( d o u t . R 2 ) 2                                                                                                            ( 1 7 )     Fo r   th t w o   p ar alleled   s q u ar co ils   w it h   n T   an d   n R   tu r n s ,   r esp ec tiv el y ,   s ep ar ated   b y   d is tan ce   X ,   th g eo m etr ical  m u t u al  i n d u ct an ce   M     b et w ee n   t h ex ter n al  an d   im p la n t c o ils   ca n   b ca lcu lat ed   u s in g   ( 1 8 ) :     M = 1 2 μ 0 d o ut . T 2 × d o ut . R 2 [ ( 2 f f ) K ( f ) 2 f E ( f ) ]                                                                         ( 1 8 )     W ith   f = ( 4 × d o u t . T 2 × d o u t . R 2 ( d o u t . T 2 + d o u t . R 2 ) 2 + X 2 ) 1 2                                                                                                                             ( 19)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 9   :   2 6 3 7   -   2 6 4 7   2642   w h er e,   K ( f )   an d   E ( f )   ar ellip tic  in te g r als  o f   th e   f ir s a n d   s ec o n d   o r d er r esp ec tiv el y   a n d     µ 0   is   t h e   p er m ea b ili t y   o f   t h f r ee   s p ac eq u al  to   × 10 9 H / cm   [ 2 2 ] .   T h g eo m etr ical  ap p r o x i m at i o n   o f   t h m u t u al  i n d u c ta n ce   M   b et w ee n   th e x ter n al  an d   i m p lan ted   s p ir al  s q u ar co ils   is   g iv e n   b y   th ex p r es s io n   ( 2 0 ) :     M = μ 0 n T d o u t . T 2 n R d o u t . R 2 π 2 ( d o u t . R 2 + X 2 ) 3                                                                                                                  ( 2 0 )     A cc o r d in g   to   t h e   ( 1 ) ,   th g e o m e tr ical  ap p r o x i m at io n   o f   t h co u p li n g   co ef f icie n K   b etw ee n   t w o   s q u ar co ils   ( ex ter n al  a n d   i m p lan co ils )   is   d eter m i n ed   b y   t h d is ta n ce   b et w ee n   th e   t w o   co ils   an d   ca lcu la ted   by   ( 2 1 ) :     K = d o u t . T 2 d o u t . R 2 d o u t . T 2 d o u t . R 2 ( d o u t . T 2 + X 2 ) 3                                                                                                                ( 2 1 )     3 . 3 .   R esis t a nce  c a lcula t io n   T h s er ies r esis ta n ce   R s   o f   th co il c an   b ca lcu lated   u s i n g   t h e   f o llo w i n g   e x p r ess io n   ( 2 2 )   [ 2 3 ] :     R s = R dc t c δ ( 1 e t c δ )                                                                                                                             ( 2 2 )     w h er R dc   is   t h DC   elec tr ical  r es is tan ce   o f   th co il a s   g i v en   i n   ex p r ess io n   ( 2 3 ) :     R dc = ρ c l c w t c                                                                                                                                          ( 2 3 )     wh er ρ c   is   th r esis ti v it y   o f   t h m ater ial,   l c   is   th to tal  len g t h   o f   th m ater ial,   a n d   w   r ef er s   to   th w id th   o f   th e   m ater ial, t c   is   m ater ial  t h ic k n e s s .   T h to tal  len g t h   o f   t h co p p er   co il is   g i v en   b y   ( 2 4 ) :     l c = 4n [ d o ut ( n 1 ) s nw ] s                                                                                     ( 2 4 )     w h er e,   w   an d   s   ar th li n w id t h   o f   th co p p er   an d   th s p ac w it h in   e v er y   tu r n ,   r esp ec tiv e l y .   δ   is   th s k i n   d ep th   o f   th co n d u cto r   as g i v e n   in   e x p r ess io n   ( 2 5 )   [ 2 4 ] .     δ = ρ c π . μ . f   wi th     μ = μ r . μ 0                                                                                                                           ( 2 5 )     w h er μ 0 = × 10 9 H / cm   is   t h p er m ea b ilit y   o f   s p ac e,   an d     μ r   is   th r elati v p er m ea b ilit y   o f   t h m a ter ial.       3 . 4 .   Q ua lity   f a ct o a nd   lin k   ef f ici ency   P o w er   tr a n s f er   e f f icien c y   to   m ed ical  d ev ices  i m p la n b y   i n d u cti v co u p li n g   li n k   allo w s   r ed u cin g   t h e   s ize  o f   th tr an s m itter   p o w er   g en er ated   b y   ex ter n al  cir cu it  [ 1 9 ] .   T h co u p lin g   co ef f icie n t   k    an d   th q u alit y   f ac to r   o f   th i n d u cto r s   ar i m p o r tan p ar a m eter s   f o r   ca lcu late d   an d   m ax i m ize  th p o w er   tr an s f er   ef f icie n c y   o f   th i m p la n tab le   d ev ices  [ 2 5 ] .   T h q u alities   f ac to r s   Q T   an d   Q R   o f   th co ils   r elate d   to   th p ar asit ic  r esis tan c e   an d   th i n d u cta n ce   o f   t h co ils ,   ca n   b ca lcu lated   b y   ( 2 6 ) :     Q T = w 0 L T R 1   Q R = w 0 L R R 2                                                                                                                                                                                          ( 26)     w h er w 0 = f 0   is   t h an g u lar   f r eq u e n c y   o f   r eso n a n ce .   T h r eso n an t f r eq u e n c y   o f   t w o   cir cu its   i s   g i v e n   b y   ( 2 7 ) :     f 0 = 1 ( L T C T ) 1 2 = 1 ( L R C R ) 1 2                                                                                                                                                                       ( 2 7 )     I n   t h i s   s ec tio n ,   w p r ese n s i m p le  a n d   ac cu r ate  m eth o d   to   ca lcu late  t h p o w er   tr an s f er   ef f icien c y .   T h e   m a x i m u m   p o w er   tr an s f er   ef f icie n c y   i s   o b tain ed   f o r   m a x i m u m   co u p li n g   co ef f icie n a n d   q u alit y   f ac to r   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Desig n   a n d   o p t imiz a tio n   o f in d u ctive ly  co u p le d   s p ir a l sq u a r co ils   fo r   b io   ....   ( A b d el g h a n La kh d a r i)   2643   th co ils .   Gen er all y ,   th v al u o f   th co u p lin g   co ef f icien b et w ee n   th co ils   is   v er y   s m a ll.   T h to tal  p o w er   tr an s f er   ef f icie n c y   o f   t h i n d u ctiv co u p li n g   lin k   is   d o m i n ated   b y   p r i m ar y   an d   i m p lan ted   cir cu it s   s id e   ef f icien c ies     η T     an d     η R ,   r esp ec tiv el y   g iv e n   b y   r elatio n   ( 2 8 )   [ 2 6 ] .       η T K 2 Q T Q R R l o ad K 2 Q T Q R R l o ad   +   Q R 2 R 2 ,   η R   Q R 2 R 2   Q R 2 R 2   + R l o ad                                                                                     ( 28)     T h to tal  p o w er   tr an s f er   e f f ic i en c y   o f   th s y s te m   ca n   b ca lc u lated   b y   ( 2 9 ) :     η t o t al = η T η R = K 2 Q T Q R 3 R 2 R l o ad ( K 2 Q T Q R 3 R 2 R l o ad + K 2 Q T Q R R l o ad 2 + Q R 4 R 2 2 + 2 Q R 2 R 2 R l o ad + R l o ad 2 )                                     ( 2 9 )     w h er K   is   th co u p li n g   co ef f icien a n d     Q T Q R   ar q u alities   f ac to r s   o f   th ex ter n al  an d   i m p lan co ils ,   r esp ec tiv el y .       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   I n   th i s   ap p licatio n ,   th p er f o r m an ce   o f   th i n d u ct iv co u p li n g   li n k   b as ed   o n   th s q u ar s p ir al  co ils   is   d esig n ed ,   an al y s ed   a n d   o p ti m i ze d .   T h p o s itio n   o f   th i m p la n ted   co il  i n   th e   tis s u e   th ick n es s   is   ab o u t   1 0   m m ,   1 m m   f o r   t h s k i n   ( d r y   o r   w et) ,   2 m m   f o r   t h f at  a n d   7 m m   f o r   th m u s cle.   T h m u t u al  d i s t an ce   o f   s ep ar atio n   b et w ee n   e x ter n al  a n d   i m p lan t   co ils   is   1 0 m m .   A cc o r d in g   to   th e   ( 1 7 ) ,   w d eter m in th r elatio n   b et w ee n   th e   d is tan ce   a n d   co ils   d i m en s io n   p r o p o s ed   an d   p r esen ted   in   F i g u r 6 ,   f o r   p r o p o s al  g eo m et r y   co il,  th d i s tan c e   b et w ee n   co ils   is   eq u iv ale n t   to   2 2 . 5   m m   i n   t h air .   T h f ac to r   co u p lin g   K   is   v alid ated   u s in g   ( 2 1 ) .   T h r elatio n s h ip   b et w ee n   co u p lin g   co ef f icie n a n d   s ep ar ati o n   d is ta n ce   o f   t h co il s   ca n   b o b tain ed   as  s h o w n   in   F ig u r 7 ,   t h co u p li n g   f ac t o r   k   d ec r ea s es  w i th   th e   m u t u a d is ta n ce   b et w ee n   t h e x ter n a an d   i m p la n co ils .   Fo r   th m u t u al  d is ta n ce   b et w e en   co ils   o f   1 0 m m ,   th co u p lin g   co ef f icie n t v al u i s   0 . 0 7 5 .     Usi n g   t h ( 2 0 ) ,   w ca lcu late  t h r elatio n   b et w ee n   th m u tu a in d u cta n ce   ( M)   an d   th m u t u al  d is tan ce   ( X) .   Fig u r 8   s h o w s   t h s i m u l atio n   o f   th e   m u t u al  i n d u c tan ce   v al u es  b et w ee n   t h e x ter n al  a n d   i m p la n co il s   a s   f u n ctio n   o f   th m u tu a d is ta n ce   ( X) ,   I t’ s   ea s y   to   s ee   th at  m u tu al  i n d u c tan ce   d ec r ea s es  r ap id ly   w h en   a x ial   d is tan ce   is   s m all.   E q u a tio n   ( 4 )   p r esen ts   f o r m u la   b y   c alcu lati n g   b ased   o n   M A T L A B .   T h e   r es u lt   o f   s i m u lat io n   is   s h o w n   in   F ig u r 9 .   Fo r   th d is tan ce   b et w ee n   co ils   is   ar o u n d   1 0   m m ,   th v alu o f   m u t u al   in d u cta n ce   is   2 µH .           Fig u r 6 .   Dia m eter   o f   t h co il v er s u s   o f   t h d is ta n ce   b et w ee n   ex ter n al  an d   i m p lan co ils   ( X)       Fig u r 7 .   C o u p lin g   co ef f icie n t   v er s u s   o f   t h d is ta n ce   b et w ee n   ex ter n al  an d   i m p lan co ils   ( X)           Fig u r 8 .   M u tu a l in d u ctan ce   v er s u s   o f   th d is ta n ce   b et w ee n   e x ter n al  a n d   i m p la n ted   co ils   ( X)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 9   :   2 6 3 7   -   2 6 4 7   2644     ( a)       ( b )     Fig u r 9 .   I n d u ctan ce   v er s u s   o f   th n u m b er   t u r n   ( n )   at   (a P r im ar y   co il   (   d o ut . T = 45  , d in . T = 4 . 3    ( b )   I m p lan ted   co il   (   d o ut . R = 9 . 5  , d in . R = 4 . 9  )       T h p o w er   tr an s f er   e f f icien c y   o f   th i n d u cti v co u p li n g   lin k   is   ca lc u lated   an d   p lo tted   v e r s u s   t h es e   p ar am eter s   u s i n g   M A T L A B ;   f o r   v al id atio n   o f   t h in d u cti v lin k   ef f icie n c y ,   w e   p r o p o s e d   th v al u es   o f   th e   i m p lan ted   lo ad s       w h ich   v ar ie s   b et w ee n   100     an d   500   .   Fig u r 1 0   s h o w s   p o w er   tr an s f er   ef f icie n c y   v er s u s   o f   th co u p lin g   d is tan c an d   d if f er en v al u es  o f    ,   r esp ec tiv el y ,   at  r eso n an ce   f r eq u e n c y   o f   1 3 . 5 6   MH z,   T h r esu lts   s h o w   t h at  t h p o w er   tr an s f er   ef f icie n c y   d ec r ea s es  p r o p o r ti o n all y   w it h   t h in cr ea s e s   o f   t h e   r esis ta n ce   v al u e s     it’ s   v ar ies   b et w ee n   7 3 an d   8 6 %,   f o r   d is tan ce   X = 10mm    an d    = 300   .   T h e   m a x i m u m   p o w er   ef f icie n c y   is   ab o u 7 9 %,  t h ex ter n al  an d   i m p la n ted   co ils   r esi s tan ce s   ar R 1 = 2 . 68Ω ,   R 2 = 1 . 5Ω ,   r esp ec tiv el y .   T h co u p lin g   c o ef f icie n is   0 . 0 7 5 .   T h v alu es  o f   th q u alit y   f ac to r s   o f   th ex ter n al   an d   i m p lan ted   co ils   ar e   Q T = 255 Q R = 42 . 8   . A cc o r d in g   to   th ( 29 )   w ca lcu late  th to tal  p o w er   tr an s f er   ef f icie n c y .           Fig u r 1 0 .   P o w er   tr an s f er   ef f i cien c y   v er s u s   o f   th co u p li n g   d is tan ce   at  r eso n a n ce   f r eq u en c y   o f   1 3 . 5 6   MH z       T ab le  2   r ep r esen ts   th o b tai n e d   v alu e s   o f   t h p r o p o s ed   r eso n a n ce   in d u cti v co u p li n g   l in k ,   R _ lo ad   is   ab o u t 3 0 0 Ω   w h ich   i s   ca lcu late d   ac co r d in g   to   th co n d itio n   g i v en   b y   t h e x p r ess io n   ( 1 0 ) ,   R _ lo ad >1 7 0 . 4 Ω .       T ab le  2 .   T h all  p ar am eter s   an d   v alu e   o f   t h i n d u cti v li n k   c o u p lin g   D e scri p t i o n   S y mb o l   V a l u e   P r i mary   I n d u c t a n c e   L _ T   5 . 1 µ h   S e c o n d a r y   I n d u c t a n c e   L _ R   1 µ h   R e si st a n c e   P r i mary   R _ 1   2 . 6 8 Ω   R e si st a n c e   S e c o n d a r y   R _ 2   1 . 5 Ω   P r i mary   C a p a c i t a n c e   C _ T   2 7   P F   S e c o n d a r y   C a p a c i t a n c e   C _ R   1 3 7 . 7 6   P F   P r i mary   Q u a l i t y   F a c t o r   Q _ T   2 5 5   S e c o n d a r y   Q u a l i t y   F a c t o r   Q _ R   4 2 . 8   L o a d   R e si st a n c e   R _ l o a d   3 0 0   Ω   C o e f f i c i e n t   C o u p l i n g   K   0 . 0 7 5   M u t u a l   I n d u c t a n c e   M   2 µ h   R e so n a n t   F r e q u e n c y   f _ 0   1 3 . 5 6   M H Z   P o w e r   Ef f i c i e n c y   η_ t o t a l   7 9 %   D i st a n c e     X   1 0   mm   0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 0 . 0 7 0 . 0 8 0 . 0 9 0 . 1 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 C o u p l i n g   F a c t o r   ( K ) P o w e r   E f f i c i e n c y   ( % )     100 200 300 400 500 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Desig n   a n d   o p t imiz a tio n   o f in d u ctive ly  co u p le d   s p ir a l sq u a r co ils   fo r   b io   ....   ( A b d el g h a n La kh d a r i)   2645   F ig u r 1 1   s h o w s   th f lo w c h a r o f   th g eo m etr ical  d esi g n   p r o ce d u r o f   th ex ter n a co il  an d   th e   i m p lan ted   co il  o f   t h e n er g y   t r an s f er   s y s te m .   T h p r o ce d u r as  s ee n   i n   F ig u r 1 1   s tar ts   w it h   a   s et  o f   i n itia l   v alu e s   o f   t h ex ter n al  co il  a n d   th i m p lan ted   co il  a n d   e n d s   w it h   t h o p ti m izatio n   o f   t h g eo m etr y   o f   t w o   o p tim a l c o ils   w h ich   m a x i m ize   th p o w er   tr an s f er   e f f icien c y .           Fig u r 1 1 .   F lo w ch ar t o f   th g e o m e tr ical  d esig n   p r o ce d u r o f   th co ils       Fo r   v er i f y i n g   t h e   p ar a m eter s   o f   th e   i m p lan ted   co il,   w c o m p ar ed   o u r   m o d el  w it h   o t h er   m o d els,   th is   w a s   ca r r ied   o u in   t h is   ar ea ,   th co m p ar is o n   w as  b ei n g   ac h iev ed   ac co r d i n g   to   s e v er a f ac to r s ,   in cl u d in g :   th f o r m   o f   th co il,  t h d i m en s io n s   o f   th e   co il,  th o p er atin g   f r eq u en c y ,   t h d is ta n ce   b et w ee n   t h co ils ,   as su m m ar ized   in   T ab le  3 .       T ab le   3.   C o m p ar is o n   b et w ee n   th b io - i m p lan ted   p r o p o s ed   co il d esig n   an d   o th er   m o d el s       T h r esu lts   s h o w ed   th at  t h d esig n   w p r o p o s ed   h as  s m aller   v al u o f   th d i m e n s i o n s   o f   th e   i m p lan ted   co il,  w h ic h   m ak e s   it  q u ite  s u itab le  f o r   i m p la n tat io n   an d   g r ea ter   o p er atio n al  m u tu al   d is ta n ce .   I t   ca n   b s ee n   t h at  t h p o w er   tr an s f er   e f f icien c y   o b tai n ed   i n   th is   w o r k   is   th e   h ig h es as   r e g ar d s   t h d is tan ce   b et w ee n   th co il s   an d   th s ize  o f   th i m p lan ted   co il.       T X   C o i l   ( mm )   R X   C o i l   ( mm )   F r e q u e n c y   ( M H z )   D i st a n c e   ( mm )   Ef f i c i e n c y   ( %)   A p p l i c a t i o n s   R e f   sq u a r e   d o u t = 7 9   d i n = 1 1 . 2   d o u t = 1 0   d i n = 2 . 9 6   1 3 . 5 6   10   52   N e u r o   p r o c e ssi n g   [ 1 9 ]   sq u a r e   d o u t = 3 8   d i n = 1 4 . 9   d o u t = 1 0   d i n = 5 . 8   1 3 . 5 6   10   7 2 . 2   N e u r o p r o st h e t i c   [ 2 7 ]   Tx - sp i r a l   c o il   Rx - r e c t a n g u l a r   d o u t = 4 4   4 x 8   1 3 . 5 6   40   _   S u b c u t a n e o u s t i ss u e   [ 2 8 ]   sq u a r e   ( 2 0 x 2 0 )   ( 2 0 x 2 0 )   9 1 5   15   65   _   [ 2 9 ]   S p i r a l   r e c t a n g u l a r   6 2 x 2 5   2 5 x 1 0   1 3 . 5 6   10   69   I mp l a n t e d   m i c r o sy st e m   [ 3 0 ]   sq u a r e   d o u t = 2 8   d i n = 8   d o u t = 1 0   d i n = 6   1 3 . 5 6   10   7 1 . 1   _   [ 3 1 ]   S p i r a l   s q u a r e   7 0 x 8   2 0 x 8   1 - 5   10   75   _   [ 3 2 ]   S p i r a l   c i r c u l a r   d o u t = 5 6   d i n =   1 0   d o u t = 1 1 . 6   d i n =   5   1 3 . 5 6   6   73   N e r v e s a n d   mu s c l e s   st i m u l a t o r   [ 1 0 ]   S p i r a l   r e c t a n g u l a r   d o u t = 8 0   d i n = 2 0   d o u t = 2 0   d i n = 1 1   1 3 . 5 6   28   78   _   [ 2 5 ]   c i r c u l a r   30   d o u t = 1 0   d i n = 4 . 3   1 3 . 5 6   10   55   _   [ 3 3 ]   sq u a r e   d o u t = 3 2   d i n = 6 . 1   d o u t = 1 0   d i n = 5   1 3 . 5 6   10   7 3 . 4 6   _   [ 3 4 ]   sq u a r e   d o u t = 4 5   d i n = 4 . 3   d o u t = 9 . 5   d i n = 4 . 9   1 3 . 5 6   10   79   I mp l a n t e d   m i c r o sy st e m   T h i s   w o r k   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  9 ,   No .   4 A u g u s t 2 0 1 9   :   2 6 3 7   -   2 6 4 7   2646   5.   C O NCLU SI O N   I n   th is   w o r k   w p r esen an   o p ti m izatio n   b y   r ed u ci n g   t h g eo m e tr ic  d i m e n s io n s   o f   p air   o f   s q u ar s p ir al  co ils   u s ed   f o r   w ir ele s s   p o w er   tr an s f er   in   i m p la n ted   b io m ed ical  d ev ices.   W s t u d ie d   th p o w er   tr an s f er   ef f icien c y   a n d   th m u t u al  d is tan ce   a s   f u n ctio n   o f   r ed u cin g   t h g eo m etr y   o f   t h b io - i m p la n ted   co il.   T h o p tim iza tio n   o f   t h g eo m etr y   o f   t h co il s ,   allo w ed   u s   to   h a v v al u es  o f   t h m a x i m u m   p o w er   tr a n s f er   ef f icien c y   eq u al  to   7 9 % a n d   d is tan ce   b et w ee n   co ils   o f   1 0 m m .   T h is   o p ti m izatio n   al lo w ed   u s   to   h av g eo m etr ic  d i m en s io n s   o f   th s q u ar i m p la n ted   co il  o f   s u r f ac e   ar ea   eq u al  to   9 . 5   m m 2   w h ic h   is   s u itab le  f o r   i m p lan ta tio n   i n   th h u m a n   b o d y .   T h r esu l ts   s h o w ed   th a th e   d esig n   w p r o p o s ed   h as  s m a ller   v al u o f   d i m e n s io n s   o f   t h e   i m p lan ted   co il,  an d   g r ea ter   o p er atio n al  m u t u al   d is tan ce   w h ic h   m a k es it q u ite  s u itab le  f o r   i m p la n tatio n .       RE F E R E NC E S     [1 ]   T .   S u n ,   e t   a l . ,   W irele ss   P o w e T r a n sf e f o M e d ica M icro sy ste m s , ”  Ne w   Yo rk ,   S p rin g e r ,   2 0 1 3 .   [2 ]   K .   A g a r w a l,   e a l . ,   W irele ss   P o w e T ra n s f e S trate g ie f o I m p lan tab le  Bi o e lec tro n ics M e th o d o lo g ica Re v ie w ,   IEE re v iews   in   b io me d ica e n g i n e e rin g ,   v o l.   1 0 ,   2 0 1 7 .   [3 ]   S .   B .   L e e ,   e a l . ,   A   d u a slo p e   c h a rg e   sa m p li n g   a n a lo g   f ro n t - e n d   f o a   w irele ss   n e u ra re c o rd i n g   sy ste m , ”  EM BC pp.   3 1 3 4 - 3 1 3 7 2 0 1 4 .   [4 ]   S u p riy a d i,   e a l . ,   De v e lo p m e n o f   a   W ire les s   P o w e T r a n sf e r   Circu it   Ba se d   o n   In d u c ti v e   Co u p li n g ,   T EL KOM NIKA   T e lec o mm u n ic a ti o n   C o mp u ti n g   El e c tro n ics   a n d   Co n tro l v ol / issu e 16 ( 3 ) ,   p p .   1 0 1 3 - 1 0 1 8 2 0 1 8 .   [5 ]   S .   Ha f i z ,   e a l . ,   Re so n a n Co n f ig u ra ti o n   T o p o l o g y   Ex p lo ra ti o n   f o r   In d u c ti v e   L in k   P o w e T ra n s f e r ,   In d o n e si a n   J o u rn a o El e c trica En g in e e rin g   a n d   Co m p u ter   S c ien c e ,   v ol /i ss u e :   11 ( 2 ) p p .   5 2 2 - 5 3 0 2 0 1 8 .   [6 ]   S .   R .   Kh a n   a n d   G S .   Ch o i,   A n a l y sis  a n d   Op ti m iza ti o n   o f   F o u r - Co il   P lan a M a g n e ti c a ll y   Co u p le d   P r in ted   S p iral   Re so n a to rs , ”  S e n so rs ,   v o l.   1 6 ,   pp.   1 2 1 9 2 0 1 6 .   [7 ]   A .   K .   R Ra k h y a n a n d   G .   L a z z i,   On   th e   De sig n   o f   E ff icie n t   M u lt i - C o il   T e le m e tr y   S y ste m   fo Bio m e d ica l   Im p lan ts ,   IEE tra n sa c ti o n s o n   b io me d ic a c irc u it a n d   sy ste ms ,   v o l /i ss u e 7 ( 1 ) ,   p p .   1 1 - 2 3 ,   2 0 1 3 .   [8 ]   N .   Ja m a l,   e a l . ,   In v e sti g a ti o n o n   Ca p a c it o Co m p e n sa ti o n   T o p o lo g ies   Eff e c ts   o Di f fe re n In d u c ti v e   Co u p li n g   L in k Co n f i g u ra ti o n s , ”  In ter n a ti o n a J o u rn a o Po we El e c tro n i c a n d   Dr ive   S y ste m   ( IJ PE DS ) ,   v ol /i ss u e :   6 ( 2 ) ,   p p .   2 7 4 - 281 2 0 1 5 .   [9 ]   L . V .   Ra ti o ,   e a l . ,   A n a l y si a n d   Co m p a riso n   o f   S e c o n d a ry   S e r ies   a n d   P a ra ll e Co m p e n sa ted   In d u c t iv e   P o w e T ra n s f e S y ste m Op e ra ti n g   f o Op ti m a Eff ici e n c y   a n d   L o a d - in d e p e n d e n t   Vo lt a g e - T ra n s f e Ra ti o , ”  IEE T ra n s.   Po we r E lec tro n . ,   v o l.   X,  p p .   1 - 1 2 ,   2 0 1 3 .   [1 0 ]   S .     M u tas h a r,   e a l . ,   A n a ly sis  a n d   O p ti m iza ti o n   o f   S p iral  Cir c u l a In d u c ti v e   Co u p li n g   L in k   f o Bio - Im p lan ted   A p p li c a ti o n s o n   A ir  a n d   w it h i n   H u m a n   T issu e , ”  S e n so rs ,   v o l.   14 ,   p p .   1 1 5 2 2 - 1 1 5 4 1 ,   2 0 1 4 .   [1 1 ]   M .   A .   A d e e b ,   e a l . ,   A n   In d u c ti v e   L in k - Ba se d   W irele s P o w e T ra n s f e S y st e m   f o Bio m e d ica l   A p p li c a ti o n s ,   Active   a n d   Pa s siv e   El e c tro n ic Co mp o n e n ts ,   2 0 1 2 .   [1 2 ]   M .   Re h m a n ,   e a l . ,   M o d e ll i n g   a n d   Ef f icie n c y - A n a l y sis  o f   W ire les P o w e T ra n s f e u sin g   M a g n e ti c   Re so n a n c e   Co u p li n g ,   In d o n e sia n   J o u rn a o El e c trica E n g i n e e rin g   a n d   C o mp u ter   S c ien c e ,   v ol /i ss u e :   6 ( 3 ) p p .   5 6 3 - 5 7 1 2 0 1 7 .   [1 3 ]   J .   W u ,   e a l . ,   W irele ss   P o w e a n d   Da ta  T ra n sf e v ia  a   Co m m o n   In d u c ti v e   L in k   Us in g   F re q u e n c y   Div isio n   M u lt i p lex in g , ”  IEE tr a n s a c ti o n s o n   in d u stri a e lec tro n ics ,   2 0 1 5 .   [1 4 ]   S .   M e h ri,   e a l . , “ G e o m e tr y   o p ti m iza ti o n   a p p r o a c h e s o f   in d u c ti v e ly   c o u p le d   p rin ted   sp iral  c o il s f o re m o te p o we rin g   o f   im p lan tab le b io m e d ica se n so rs , ”  J o u rn a o se n so rs ,   2 0 1 6 .   [1 5 ]   M .   K .   A lg h ra iri ,   e a l . ,   O p ti m iza ti o n   o f   sp iral  c ircu lar  c o il s   f o b io - im p lan tab le   m icro - s y ste m   sti m u lato a 6 . 7 8   m h z   is m   b a n d , ”  AR PN  J o u rn a o f   En g in e e rin g   a n d   Ap p li e d   S c ien c e s ,   v o l /i ss u e :   11 ( 11 ) ,   2 0 1 6 .   [1 6 ]   H .   A li ,   e a l . ,   In d u c ti v e   L in k   D e sig n   f o M e d ica I m p lan ts ,   2 0 0 9   IEE S y mp o si u o n   In d u stria El e c tro n ics   a n d   Ap p li c a ti o n s ( IS IEA   2 0 0 9 ) ,   Ku a la   L u m p u r,   M a la y sia 2 0 0 9 .   [1 7 ]   H .   Zh o u ,   e a l . ,   M o d e ll i n g   a n d   P ra c ti c a Im p lem e n tatio n   o f   2 - Co il   W irele ss   P o w e T ra n s f e S y ste m s ,   J o u rn a l   o f   El e c trica a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g ,   2 0 1 4 .   [1 8 ]   G .   B.   H m id a ,   e t   a l . ,   D e sig n   o w irele ss   p o we a n d   d a ta  tran s m i ss io n   c ircu it f o i m p lan tab le  b io m icro s y ste m ,   B io tec h n o l o g y ,   v o l /i ss u e 6 ( 2) ,   p p .   1 5 3 - 1 6 4 ,   2 0 0 7 .   [1 9 ]   K .   Ya m a g u c h i,   e a l . ,   A   Ge n e ra M e th o d   to   P a ra m e ter  Op ti m iz a ti o n   f o Hig h ly   E ff icie n W irele ss   P o w e r   T ra n s f e r , ”  In ter n a ti o n a J o u rn a o El e c trica a n d   Co m p u ter   E n g i n e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v ol /i ss u e :   6 ( 6 ) ,   p p .   3 2 1 7 - 3 2 2 1 2 0 1 6 .   [2 0 ]   Ha rriso n   R. ,   De sig n in g   e ff icie n in d u c ti v e   p o w e li n k f o i m p la n tab le  d e v ice s , ”  Pro c e e d in g o I EE In t .   Co n f.   o n   c irc u it s   a n d   sy ste ms   ( IS CAS ),   Ne Or lea n s ,   p p .   2 0 8 0 - 2 0 8 3 ,   2 0 0 7 .   [2 1 ]   S .   M .   A b b a s,  e a l . ,   In d u c ti v e   c o u p li n g   li n k s f o lo w e st  m is a li g n m e n e ff e c ts i n   tran sc u tan e o u s im p lan ted   d e v ice s , ”  Bi o me d   T e c h ,   v o l/ issu e :   5 9 (3 ) ,   p p .   2 5 7 - 2 6 8 2 0 1 4 .   [2 2 ]   D.  C.   G a lb ra it h ,   e t   a l . ,   A   w id e - b a n d   e f f icie n in d u c ti v e   tran s d e n n a p o w e a n d   d a ta  li n k   w it h   c o u p li n g   in se n sit iv e   g a in , ”  IEE T ra n sa c ti o n o n   Bi o me d ica En g i n e e rin g ,   v o l.   4 ,   p p .   2 6 5 - 2 7 5 ,   1 9 8 7 .   [2 3 ]   Y.  L .   Li   a n d   S .   S u n ,   F u ll - w a v e   s e m i - a n a l y ti c a m o d e li n g   o f   p lan a sp iral  in d u c to rs  i n   lay e r e d   m e d ia , ”  Pro g re ss   i El e c tro ma g n e ti c s R e se a rc h ,   v o l.   1 4 9 ,   p p .   45 - 5 4 ,   2 0 1 4 .   [2 4 ]   H Zen k n e r   a n d   W .   K N g e rn ,   En e rg y   T ra n s f e b y   R e so n a n c e   C o u p li n g , ”  In ter n a ti o n a J o u rn a o El e c trica la n d   Co mp u ter   E n g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v ol /i ss u e :   3 ( 5 ) ,   p p .   6 6 8 - 6 8 2 2 0 1 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.