智慧型混合信號感測電路設計(II)

Abstract

永續操作智慧型微感測系統 - 子計畫四：智慧型混合信號感測電路設計 ITRS2001 揭示微機電MEMS 與化學感測元件Chemical Sensor 將分別開始於2002 與2004 整合系統晶片之中SoC。其應用範圍主要涵蓋生物、醫學、化學、機械、交通 等與日常生活息息相關的應用層面，預估將會於2010 年開創半導體與積體電路的另一 個主要高峰。目前吾人對於數位電路的掌握知之甚詳，然而針對感測元件與其介面的了 解，卻仍然相當有限。此一子計畫的主要研究目標，在於研究感測元件的低電壓低耗能 的類比與混合信號積體電路。 本子計畫要提出一個智慧型低電壓低功率的類比與混合信號感測電路，針對來自微 機電或化學感測元件的微弱輸入信號加以放大，轉交由子計畫五的類比數位轉換電路將 之轉換成為數位信號。低電壓低功率的要求在於解決植入式裝置電源供應困難的問題， 而智慧型電路的特點則是是信號的情況啟動或關閉適當電路，以期能更近一步減少耗 能。 智慧型混合信號電路是本計畫的一個特點。其工作機制在於利用簡單的機制感測信 號之大小，決定電路工作的區塊以及工作區塊的偏壓電流，以達到降低耗能的目的。換 言之，這是一種巨觀與微觀兼具的耗能管理機制。一般的生醫信號如心電與肺音等，都 具有暫態反應的現象。主應的特性為信號的出現時間都相當短暫，而信號的出現也有相 當的週期性。因此，如果電路能夠利用信號的特性，在信號消失或微小的時段，關閉或 改變電路偏壓電流，相信能有效的降低耗能。 經過詳細的研究與評估，本計畫所提出的感測介面電路包涵電容、電感、與電阻的 量測電路與電壓、電流、與電荷的放大電路。預計在三年內建構出一組適用於感測系統 前端的類比及混合信號電路模組Macro。不僅能夠適用於子計畫一的應用平台來擷取麥 克風的電容改變值以取得聲音信號，也能應用於上述所舉之其他應用領域。 本計畫所欲完成的整體計畫，除了各種感測電路的設計、製造、與測試完成外，我 們也將使用子計畫五研發的ADC 的模組 (陰影區塊)，將之整合成一個感測電路系統， 如下圖所示。如此更能整合至微感測系統晶片平台中，屆時設計者只需要利用軟體控制 電路的參數，就能驅使此一介面作特定信號的感測。若是應用於特定應用感測晶片，使 用者也能取用適當之模組並固定其電路參數，以達到低耗能之目的。