上海交大生物电路与系统实验室在国际固态电路会议(ISSCC)发表研究论文

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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。

责编: 爱集微
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