项目验收会现场
日前，经过微电子所专用集成电路与系统研究室（二室）科研人员的努力，院知识创新工程重要项目“多传感器集成与节点核心芯片研发”课题取得可喜成果。
5月4日，中国科学院知识创新工程重要方向项目群“物联网关键技术与应用示范工程”验收专家组在无锡中国科学院物联网研究发展中心对微电子所二室负责牵头的“多传感器集成与节点核心芯片研发”项目完成情况进行了现场验收，并给予了充分肯定和评价。
项目负责人黑勇研究员首先做了项目总结报告，详细介绍了各子课题的研究、流片及测试情况，部分系统同时进行了现场展示。验收专家组在听取了项目总结汇报后，首先肯定了各课题组在传感器检测、集成和小型化方面做出的努力，特别是对部分课题组在时间紧、任务重的情况下超指标完成课题、并进行了产业化推广给予了肯定。其中巨磁阻蛋白质生物传感器接口电路芯片的研发更是填补了国内医用传感器检测芯片的空白，在多传感器检测和集成ASIC芯片方面取得了重要突破。
近年来伴随着物联网在中国的迅速发展，其应用已遍及智能交通、环境保护、公共安全、平安家居、个人健康等多个领域，逐渐成为了学术界和工业界的研究热点。传感节点作为物联网的重要组成部分，包括模拟信号处理电路和模数转换器，可统称为传感器读出电路，在传感器节点芯片中扮演着“承前启后”的作用。目前国内此部分电路多采用板级分立芯片实现，集成度低且功能单一，仅能满足单一传感器信号的检测需要。因此，针对物联网中多种传感器应用，研究集成模拟信号处理电路和模数转换器的读出SOC芯片，实现传感器与数字处理电路的“低损耗连接”，就成为物感网中传感器节点芯片研究的重中之重。
在本课题研发过程中，黑勇研究员带领实时信号组、混合信号组和汽车电子项目组克服了时间紧，任务重的困难，在先期充分调研和各项目组间的密切配合下，完成了水听器、巨磁阻蛋白质生物传感器等多类传感器信号检测芯片的设计。由胡晓宇博士带领混合信号项目组设计的水听器检测链路，测试结果显示前级斩波运放可处理信号带宽达到100KHZ，而失调电压仅为90uv。在水听器检测芯片中，由项目组成员范军设计的16bit/100KSPS Sigma-Delta ADC ，在时钟频率12.8MHz下，无杂散动态范围87dB，峰值信噪比80dB，达到国内先进水平。
图1 Sigma-Delta ADC 芯片（左） 输出频谱分析图（右）
此外，面向医疗应用的传感器检测芯片目前在国内还处于空白阶段，微电子所二室科研人员抓住这一契机，与美国MagicIC公司合作，率先进行了用于癌症、肿瘤预防的巨磁阻蛋白质生物传感器检测芯片研发。根据巨磁阻效应的基本原理“材料的电阻率随材料磁化状态的变化而发生改变”，检测的核心在于将变化的电阻转换为可检测的电信号，从两次测量中得出电阻的相对变化率，进而得到生物信号的变化信息。混合信号研发小组通过努力，提出一种电压型的单芯片检测方案。测试电路在系统时钟5MHz时，整体电路有效精度达到7.36位，可检测最小16欧姆的传感器电阻变化率，达到业内先进水平，产品预计将在今年年底推出。
图2 巨磁阻蛋白质生物传感器检测芯片（左） 数字码输出检测图（右）
本项目中，微电子所二室联合了六室、十室以及声学所、沈阳自动化所、杭州中科微五家单位共同进行了相关子课题的研究工作。各课题组完成的各传感器、检测芯片和系统可广泛应用于环境检测、医疗仪器、智能交通等领域，具有很强的创新性和实用价值，部分系统和芯片已经或是即将开展产业化推广，为物联网的推广应用奠定了良好的基础。在“感知中国”和“创新2020”的新形势下，多传感器节点集成SOC必将成为混合信号IC未来发展的重要方向，本次课题的顺利完成为微电子所在智能传感器检测领域的发展奠定了良好的基础。
图3无线传感网SOC芯片测试板 图4 组合导航原理样机
科研工作