SiC集成技術(shù)在生物電信號(hào)采集設(shè)計(jì)

?

　　無線生物電子通信系統(tǒng)今后將大大提高人們的生活品質(zhì)。要想實(shí)現(xiàn)這一理想，就要開發(fā)出由小型智能傳感器節(jié)點(diǎn)組成的體域網(wǎng)(body-area networks, BAN)。傳感器節(jié)點(diǎn)用于收集人體的重要信息，然后將信息送給一個(gè)中心智能節(jié)點(diǎn)，再由這個(gè)智能節(jié)點(diǎn)通過無線通信方式將信息發(fā)送給基站。借助基于3-D堆疊的(System-in-a-cube,SiC)集成技術(shù)可設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)這些傳感器節(jié)點(diǎn)。

　　用于構(gòu)成體域網(wǎng)的小型低功耗傳感器/激勵(lì)器節(jié)點(diǎn)必須具備足夠的計(jì)算能力和無線通信能力，并應(yīng)將天線集成在內(nèi)。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的智能程度都必須能夠使其完成分配給它的任務(wù)，例如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和促進(jìn)算法實(shí)現(xiàn)，甚至完成復(fù)雜的非線性數(shù)據(jù)分析。此外，它們還應(yīng)能與穿戴在身上的其他傳感器節(jié)點(diǎn)或中心節(jié)點(diǎn)通信。而中心節(jié)點(diǎn)則通過諸如無線局域網(wǎng)或蜂窩電話網(wǎng)之類的標(biāo)準(zhǔn)電訊設(shè)施與外界通信。這樣一個(gè)BAN就能為個(gè)人提供服務(wù)，包括慢性病的監(jiān)督處理、醫(yī)學(xué)診斷、家庭監(jiān)護(hù)、生物測(cè)定，以及運(yùn)動(dòng)和健康跟蹤。

　　IMEC公司最近獲得了技術(shù)上的突破，開發(fā)出一個(gè)體積只有1cm3的小型三維堆疊式SiC系統(tǒng)。首個(gè)3-D堆疊原型中包括一個(gè)商用每秒8百萬指令的低功耗微控制器、一個(gè)2.4GHz的無線收發(fā)器、幾個(gè)晶振和其他一些必要的無源器件，還有一個(gè)由用戶設(shè)計(jì)匹配網(wǎng)絡(luò)的單極天線。其中，微控制器和無線收發(fā)器都采用了最先進(jìn)的節(jié)能技術(shù)。而系統(tǒng)的高集成度是通過一種叫做“3-D堆疊”的技術(shù)，將功能不同的多層沿Z軸堆疊起來實(shí)現(xiàn)的。每一層通過雙列微距焊球與鄰層連接。

　　采用這種通用的堆疊技術(shù)就能實(shí)現(xiàn)任何一種模塊組合。這種低功耗3-D SiC系統(tǒng)可以用于多種無線產(chǎn)品中，從人體信息(腦活動(dòng)、肌肉活動(dòng)和心跳)監(jiān)控到環(huán)境數(shù)據(jù)(溫度、壓力和濕度)監(jiān)控，最終用來構(gòu)成BAN。由于其獨(dú)特的堆疊特性，這種技術(shù)甚至能夠?qū)⒁粋€(gè)特定的傳感器集成到單獨(dú)的一層中，構(gòu)成一個(gè)專用的立方傳感器模塊。

　　開發(fā)SiC是IMEC公司Human++計(jì)劃的一部分，預(yù)想的是將多個(gè)類似的SiC傳感器節(jié)點(diǎn)聯(lián)合起來構(gòu)成一個(gè)BAN。Human++計(jì)劃結(jié)合了無線通信技術(shù)、封裝技術(shù)、能源提取技術(shù)和低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)，目的是開發(fā)出能夠提升人們生活品質(zhì)的器件。

　　能否成功實(shí)現(xiàn)這種BAN，有賴于我們對(duì)現(xiàn)有器件的能力的擴(kuò)展程度。因此，首先必需掃除醫(yī)學(xué)和技術(shù)上的幾個(gè)障礙。其一，如今使用的依賴電池供電的設(shè)備壽命有限，必需設(shè)法延長(zhǎng)其使用壽命。第二，還應(yīng)放大傳感器和激勵(lì)器之間的相互作用，以便適應(yīng)多生理參數(shù)測(cè)定之類的新應(yīng)用的需要。第三，器件應(yīng)具備一定的智能，能夠存儲(chǔ)、處理和傳輸數(shù)據(jù)。此外，還必需擴(kuò)展器件的功能，使其能夠進(jìn)行化學(xué)和生物學(xué)測(cè)量。最后，對(duì)醫(yī)學(xué)現(xiàn)象也應(yīng)有一個(gè)徹底的認(rèn)識(shí)。

?