項目驗收會現場

　　日前，經過微電子所專用集成電路與系統研究室（二室）科研人員的努力，院知識創新工程重要項目“多傳感器集成與節點核心芯片研發”課題取得可喜成果。

　　5月4日，中國科學院知識創新工程重要方向項目群“物聯網關鍵技術與應用示范工程”驗收專家組在無錫中國科學院物聯網研究發展中心對微電子所二室負責牽頭的“多傳感器集成與節點核心芯片研發”項目完成情況進行了現場驗收，并給予了充分肯定和評價。

　　項目負責人黑勇研究員首先做了項目總結報告，詳細介紹了各子課題的研究、流片及測試情況，部分系統同時進行了現場展示。驗收專家組在聽取了項目總結匯報后，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間緊、任務重的情況下超指標完成課題、并進行了產業化推廣給予了肯定。其中巨磁阻蛋白質生物傳感器接口電路芯片的研發更是填補了國內醫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。

　　近年來伴隨著物聯網在中國的迅速發展，其應用已遍及智能交通、環境保護、公共安全、平安家居、個人健康等多個領域，逐漸成為了學術界和工業界的研究熱點。傳感節點作為物聯網的重要組成部分，包括模擬信號處理電路和模數轉換器，可統稱為傳感器讀出電路，在傳感器節點芯片中扮演著“承前啟后”的作用。目前國內此部分電路多采用板級分立芯片實現，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，針對物聯網中多種傳感器應用，研究集成模擬信號處理電路和模數轉換器的讀出SOC芯片，實現傳感器與數字處理電路的“低損耗連接”，就成為物感網中傳感器節點芯片研究的重中之重。

　　在本課題研發過程中，黑勇研究員帶領實時信號組、混合信號組和汽車電子項目組克服了時間緊，任務重的困難，在先期充分調研和各項目組間的密切配合下，完成了水聽器、巨磁阻蛋白質生物傳感器等多類傳感器信號檢測芯片的設計。由胡曉宇博士帶領混合信號項目組設計的水聽器檢測鏈路，測試結果顯示前級斬波運放可處理信號帶寬達到100KHZ，而失調電壓僅為90uv。在水聽器檢測芯片中，由項目組成員范軍設計的16bit/100KSPS Sigma-Delta ADC ，在時鐘頻率12.8MHz下，無雜散動態范圍87dB，峰值信噪比80dB，達到國內先進水平。

圖1 Sigma-Delta ADC 芯片（左） 輸出頻譜分析圖（右）

　　此外，面向醫療應用的傳感器檢測芯片目前在國內還處于空白階段，微電子所二室科研人員抓住這一契機，與美國MagicIC公司合作，率先進行了用于癌癥、腫瘤預防的巨磁阻蛋白質生物傳感器檢測芯片研發。根據巨磁阻效應的基本原理“材料的電阻率隨材料磁化狀態的變化而發生改變”，檢測的核心在于將變化的電阻轉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，進而得到生物信號的變化信息。混合信號研發小組通過努力，提出一種電壓型的單芯片檢測方案。測試電路在系統時鐘5MHz時，整體電路有效精度達到7.36位，可檢測最小16歐姆的傳感器電阻變化率，達到業內先進水平，產品預計將在今年年底推出。

圖2 巨磁阻蛋白質生物傳感器檢測芯片（左） 數字碼輸出檢測圖（右）

　　本項目中，微電子所二室聯合了六室、十室以及聲學所、沈陽自動化所、杭州中科微五家單位共同進行了相關子課題的研究工作。各課題組完成的各傳感器、檢測芯片和系統可廣泛應用于環境檢測、醫療儀器、智能交通等領域，具有很強的創新性和實用價值，部分系統和芯片已經或是即將開展產業化推廣，為物聯網的推廣應用奠定了良好的基礎。在“感知中國”和“創新2020”的新形勢下，多傳感器節點集成SOC必將成為混合信號IC未來發展的重要方向，本次課題的順利完成為微電子所在智能傳感器檢測領域的發展奠定了良好的基礎。

圖3無線傳感網SOC芯片測試板 圖4 組合導航原理樣機