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適用於生醫應用之生物訊號擷取單晶前端電路

於生物醫學應用與研究中，生物訊息的量化和分析是最為重要的。現代電子生物量測，一般是將生物訊息轉換為電訊號來進行量化與分析，然而，於此訊號轉換過程會受生物體所在環境的影響，使量測備受挑戰。近年來，拜科技進步之賜，大量的生物感測器和感應器整合到固態電路中，實現了CMOS生物醫學的SoC化，使生物醫學量測可以更微小與更低成本的方式進行。於此間，感測元件與電路系統間的介面電路設計扮演一個極重要的關鍵角色，因為它關係到是否能將生物訊號有效的讀取，甚而擴大感測範圍和靈敏度。本篇論文，提出了兩種適用於不同應用的單晶片CMOS生物訊號感測系統：一類適用於生物分子(Biomolecules)的訊息感測，另一種是主要用於生物電(Bio-potential)的訊號擷取。 首先，本文提出一個可重組式的感測器讀取介面電路，將各種感測器與感應器的信號擷取並傳至微控制器。該讀取電路具有相當高的可適性，可整合讀取諸如: 電容，電阻，電壓和電流等型態的感測器。並搭配可程式放大器來提高信號辨識能力，並擴大量測範圍。另外，本前端讀取電路採用偏移消除與非線性補償技術，使系統的感測能力更為靈敏。本可重組式感測器讀取介面電路實現於TSMC 0.35μm 2P4M的製程技術下，面積為1.6×0.9mm2，操作於1.8V電源下，功耗僅為2.57 μW。 其次，本文提出一個四通道低功率低雜訊之神經腦電圖監測系統。該監測系統具有能源擷取的功能與RF無線傳輸的能力。於前端電路的實現上採用低雜訊的設計，並配合雜訊消除技術，使讀取電路感應更加靈敏。另外，此系統更支援溼電極與非接觸式電極的量測。本神經腦電圖監測系統實現於 TSMC 0.18μm 1P6M的製程技術下，面積為2.87×2.37 mm2。其中前端四通道讀取電路操作於1V電源下，功耗僅為14μW。