近日，上海交通大学电子信息与电气工程学院微纳电子学系连勇、王国兴教授领衔的生物电路与系统实验室在2024年国际固态电路会议（International Solid-State Circuits Conference，ISSCC）上发表了题为“A 2.7ps-ToF-Resolution and 12.5mW Frequency-domain NIRS Readout IC with Dynamic Light Sensing Frontend and Cross-Coupling-Free Inter-Stabilized Data Converter”的研究论文。博士研究生马周辰为该论文的第一作者，赵健副教授为通讯作者。
马周辰同学在ISSCC 2024会议现场报告
研究内容
频域近红外光学检测技术（FD-NIRS）通过测量光穿过组织前后的强度和飞行时间变化，推测组织中的代谢物质浓度变化，具有无创、高空间分辨率的特点，在脑机接口、肿瘤筛查、药效监控等领域具有应用前景。然而，相比于车载激光雷达等应用，生物组织表面进行光飞行时间测量面临距离短（~数厘米）、功耗受限（~数毫瓦）两大挑战，此前未有全集成芯片工作的报道。本工作提出了“全动态的光信号链”和“光衰减-光飞行时间交叉稳定量化”两项创新技术，分别解决了光信号采集处理中的带宽-功耗制约，以及光的调幅调相信号间耦合干扰等问题，显著改善了芯片能效。经测试，飞行时间分辨率达2.7皮秒，功耗约为12.5毫瓦，关键指标达到同类工作最高水平，是国际上首次报道的全集成FD-NIRS系统芯片。对实现新型便携式、穿戴式光学医疗影像设备具有重要意义。
芯片显微照片及性能对比
现场演示
芯片成果同步亮相会议的演示环节（LIVE Demonstration），研究生林宇翔、马周辰使用基于该芯片搭建的小型化成像仪样机，在现场对模拟“肿瘤”形态的不同假体进行自动化断面光学特性成像及分类，并与参考图像进行比对，吸引众多参会者观摩与交流。
林宇翔（左）、马周辰（右）现场演示利用芯片进行模拟“肿瘤”诊断
关于ISSCC
ISSCC会议每年2月中旬在美国旧金山召开，是国际公认的规模最大、水平最高的芯片设计领域学术会议，被业界誉为“芯片设计国际奥林匹克会议”。
近年来，围绕集成电路领域的国家需求与科技前沿，上海交大电院微纳电子学系开展“有组织科研”取得成效，在高能效生物医疗接口电路、高可靠片上网络芯片和高能效处理电路等方面接连取得突破，成果持续发表在ISSCC会议中。
