項(xiàng)目驗(yàn)收會(huì)現(xiàn)場

　　日前，經(jīng)過微電子所專用集成電路與系統(tǒng)研究室（二室）科研人員的努力，院知識創(chuàng)新工程重要項(xiàng)目“多傳感器集成與節(jié)點(diǎn)核心芯片研發(fā)”課題取得可喜成果。

　　5月4日，中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目群“物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用示范工程”驗(yàn)收專家組在無錫中國科學(xué)院物聯(lián)網(wǎng)研究發(fā)展中心對微電子所二室負(fù)責(zé)牽頭的“多傳感器集成與節(jié)點(diǎn)核心芯片研發(fā)”項(xiàng)目完成情況進(jìn)行了現(xiàn)場驗(yàn)收，并給予了充分肯定和評價(jià)。

　　項(xiàng)目負(fù)責(zé)人黑勇研究員首先做了項(xiàng)目總結(jié)報(bào)告，詳細(xì)介紹了各子課題的研究、流片及測試情況，部分系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行了現(xiàn)場展示。驗(yàn)收專家組在聽取了項(xiàng)目總結(jié)匯報(bào)后，首先肯定了各課題組在傳感器檢測、集成和小型化方面做出的努力，特別是對部分課題組在時(shí)間緊、任務(wù)重的情況下超指標(biāo)完成課題、并進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化推廣給予了肯定。其中巨磁阻蛋白質(zhì)生物傳感器接口電路芯片的研發(fā)更是填補(bǔ)了國內(nèi)醫(yī)用傳感器檢測芯片的空白，在多傳感器檢測和集成ASIC芯片方面取得了重要突破。

　　近年來伴隨著物聯(lián)網(wǎng)在中國的迅速發(fā)展，其應(yīng)用已遍及智能交通、環(huán)境保護(hù)、公共安全、平安家居、個(gè)人健康等多個(gè)領(lǐng)域，逐漸成為了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。傳感節(jié)點(diǎn)作為物聯(lián)網(wǎng)的重要組成部分，包括模擬信號處理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，可統(tǒng)稱為傳感器讀出電路，在傳感器節(jié)點(diǎn)芯片中扮演著“承前啟后”的作用。目前國內(nèi)此部分電路多采用板級分立芯片實(shí)現(xiàn)，集成度低且功能單一，僅能滿足單一傳感器信號的檢測需要。因此，針對物聯(lián)網(wǎng)中多種傳感器應(yīng)用，研究集成模擬信號處理電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的讀出SOC芯片，實(shí)現(xiàn)傳感器與數(shù)字處理電路的“低損耗連接”，就成為物感網(wǎng)中傳感器節(jié)點(diǎn)芯片研究的重中之重。

　　在本課題研發(fā)過程中，黑勇研究員帶領(lǐng)實(shí)時(shí)信號組、混合信號組和汽車電子項(xiàng)目組克服了時(shí)間緊，任務(wù)重的困難，在先期充分調(diào)研和各項(xiàng)目組間的密切配合下，完成了水聽器、巨磁阻蛋白質(zhì)生物傳感器等多類傳感器信號檢測芯片的設(shè)計(jì)。由胡曉宇博士帶領(lǐng)混合信號項(xiàng)目組設(shè)計(jì)的水聽器檢測鏈路，測試結(jié)果顯示前級斬波運(yùn)放可處理信號帶寬達(dá)到100KHZ，而失調(diào)電壓僅為90uv。在水聽器檢測芯片中，由項(xiàng)目組成員范軍設(shè)計(jì)的16bit/100KSPS Sigma-Delta ADC ，在時(shí)鐘頻率12.8MHz下，無雜散動(dòng)態(tài)范圍87dB，峰值信噪比80dB，達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。

圖1 Sigma-Delta ADC 芯片（左） 輸出頻譜分析圖（右）

　　此外，面向醫(yī)療應(yīng)用的傳感器檢測芯片目前在國內(nèi)還處于空白階段，微電子所二室科研人員抓住這一契機(jī)，與美國MagicIC公司合作，率先進(jìn)行了用于癌癥、腫瘤預(yù)防的巨磁阻蛋白質(zhì)生物傳感器檢測芯片研發(fā)。根據(jù)巨磁阻效應(yīng)的基本原理“材料的電阻率隨材料磁化狀態(tài)的變化而發(fā)生改變”，檢測的核心在于將變化的電阻轉(zhuǎn)換為可檢測的電信號，從兩次測量中得出電阻的相對變化率，進(jìn)而得到生物信號的變化信息。混合信號研發(fā)小組通過努力，提出一種電壓型的單芯片檢測方案。測試電路在系統(tǒng)時(shí)鐘5MHz時(shí)，整體電路有效精度達(dá)到7.36位，可檢測最小16歐姆的傳感器電阻變化率，達(dá)到業(yè)內(nèi)先進(jìn)水平，產(chǎn)品預(yù)計(jì)將在今年年底推出。

圖2 巨磁阻蛋白質(zhì)生物傳感器檢測芯片（左） 數(shù)字碼輸出檢測圖（右）

　　本項(xiàng)目中，微電子所二室聯(lián)合了六室、十室以及聲學(xué)所、沈陽自動(dòng)化所、杭州中科微五家單位共同進(jìn)行了相關(guān)子課題的研究工作。各課題組完成的各傳感器、檢測芯片和系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于環(huán)境檢測、醫(yī)療儀器、智能交通等領(lǐng)域，具有很強(qiáng)的創(chuàng)新性和實(shí)用價(jià)值，部分系統(tǒng)和芯片已經(jīng)或是即將開展產(chǎn)業(yè)化推廣，為物聯(lián)網(wǎng)的推廣應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)。在“感知中國”和“創(chuàng)新2020”的新形勢下，多傳感器節(jié)點(diǎn)集成SOC必將成為混合信號IC未來發(fā)展的重要方向，本次課題的順利完成為微電子所在智能傳感器檢測領(lǐng)域的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

圖3無線傳感網(wǎng)SOC芯片測試板 圖4 組合導(dǎo)航原理樣機(jī)