近日，上海交通大學(xué)集成電路學(xué)院（信息與電子工程學(xué)院）王國興教授領(lǐng)銜的生物電路與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室（BiCASL）三項(xiàng)集成電路設(shè)計(jì)研究成果發(fā)表于IEEE Journal of Solid-State Circuits（JSSC）。成果簡介分別如下：

論文一：高能效無線體域網(wǎng)通信收發(fā)機(jī)芯片

第一作者：何濤（博士研究生）

通訊作者：趙健

微型化穿戴/植入設(shè)備的發(fā)展，正面臨通信層面的雙重挑戰(zhàn)：其一，設(shè)備體積與能量高度受限，對組網(wǎng)通信能效要求嚴(yán)苛；其二，人體信道復(fù)雜多變，依賴高功耗的復(fù)雜均衡器。收發(fā)機(jī)芯片設(shè)計(jì)陷入“能效-誤碼率”悖論。本工作提出一種緊湊型自適應(yīng)均衡技術(shù)，通過幅頻二維觀測與控制，能夠動態(tài)跟蹤人體信道的主導(dǎo)極點(diǎn)的變化，并完成實(shí)時(shí)均衡。相比于DFE等復(fù)雜均衡器，該技術(shù)消耗微瓦級功耗完成絕大部分的均衡任務(wù)，與無線體域設(shè)備間低功耗通信需求高度匹配?；谠摷夹g(shù)，本文實(shí)現(xiàn)了一款基于PAM4調(diào)制、40Mbps數(shù)據(jù)率、9.5pJ/bit能量效率的CMOS收發(fā)機(jī)芯片，位于國際同類工作公開報(bào)道性能指標(biāo)前列。為實(shí)現(xiàn)下一代超低功耗、高可靠性無線體域網(wǎng)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)收發(fā)組件設(shè)計(jì)參考。

收發(fā)機(jī)芯片照片

均衡前后眼圖

性能對比表

論文二：基于薄膜晶體管的集成化PPG采集芯片

第一作者：張涵博（碩士研究生）

通訊作者：趙健

薄膜晶體管（TFT）可制備于柔性基底上，為無感長期可穿戴健康監(jiān)測提供了可能。然而，TFT器件遷移率低、工藝偏差大阻礙了柔性集成電路的廣泛應(yīng)用。

本文提出了一種時(shí)間域數(shù)字密集型的模擬信號鏈設(shè)計(jì)方法，通過采用壓控振蕩器（VCO）架構(gòu)的模擬前端，克服了TFT器件低遷移率導(dǎo)致的性能限制。采用0-1級聯(lián)式VCO-ADC結(jié)構(gòu)以改善量化動態(tài)范圍。最終支撐全集成柔性健康監(jiān)測指環(huán)芯片的實(shí)現(xiàn)。該芯片基于天馬微電子3微米低溫多晶硅TFT工藝制造，演示了包含環(huán)境光補(bǔ)償?shù)腜PG與血氧飽和度（SpO2）檢測功能。為基于TFT的全集成柔性電子技術(shù)在生物信號監(jiān)測中的應(yīng)用提供了可行性驗(yàn)證。

TFT芯片照片

性能對比表

論文三：用于頻域腦功能成像的高能效光ToF傳感接口集成芯片

第一作者：馬周辰（博士研究生）

通訊作者：趙健

光學(xué)腦功能成像技術(shù)具有小體積、低功耗的優(yōu)勢，其探測效果有望逼近功能磁共振的水平。但當(dāng)前光傳感接口電路的能效不足，正成為制約系統(tǒng)通道密度遵循“摩爾定律”持續(xù)增長的瓶頸。

本工作提出動態(tài)光傳感架構(gòu)，通過占空比調(diào)制實(shí)現(xiàn)飛行時(shí)間（ToF）分辨率與系統(tǒng)功耗的解耦，從而在新設(shè)計(jì)空間維度上顯著提升鏈路能效。此外，提出一種強(qiáng)度-相位相互輔助穩(wěn)定的數(shù)字轉(zhuǎn)換器（IS-IPDC），有效解決了光強(qiáng)度與光相移在量化過程中的耦合問題，提高了傳感絕對精度?；谏鲜黾夹g(shù)實(shí)現(xiàn)了全集成光傳感接口芯片，達(dá)到2.2皮秒的光飛行時(shí)間分辨率，功耗12.5毫瓦。與高精度儀器參考系統(tǒng)相比，代表組織代謝活動的吸收系數(shù)和約化散射系數(shù)的最大測量誤差分別為4.2%和4%。綜合指標(biāo)達(dá)到公開報(bào)道的國際同類工作最優(yōu)水平。

光傳感接口芯片照片

性能對比表

關(guān)于IEEE固態(tài)電路期刊

IEEE固態(tài)電路期刊（JSSC）是集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域的國際首要刊物，專門發(fā)表該領(lǐng)域具有高度原創(chuàng)性和影響力的最新突破性成果，代表了全球集成電路技術(shù)的研發(fā)前沿。