南大集成电路顶级会议VLSI报道高能效生物医疗芯片

近日，2024 IEEE Symposium on VLSI Technology and Circuits在美国夏威夷召开，南京大学电子科学与工程学院施毅教授、邱浩副教授团队的论文“A 6.78 MHz Wireless Power and Data Transfer System Achieving Simultaneous 52.6% End-to-End Efficiency and 4.0 Mb/s Forward Data Delivery with Interference-Free Rectifier”成功被大会接收。

植入式电子设备（脑机接口、内窥镜、血糖仪等）可以有效监测人体生理状态，产生刺激与控制信号，在健康监测中发挥着重要作用。但实现高效率的无线能量供给与高速率/低功耗的数据传输像是一对难以兼得的“鱼和熊掌”，一直困扰着产业界和学术界，成为限制植入式电子设备大规模应用的关键技术瓶颈之一。

面对上述挑战，团队提出了一种创新型无线能量与数据协同传输系统，利用信号基波和三次谐波作为载波分别进行能量和数据传输。设计了双谐振补偿拓扑和谐波抑制整流器电路拓扑，实现了数据链路增益的提升，并且有效抑制了能量链路对数据链路的串扰。该芯片采用0.18 μm CMOS工艺进行了流片验证，测试结果表明，在6.78 MHz的能量载波频率下系统的通信速率高达4.0 Mb/s，负载功率82 mW时对应能量转换效率最高为52.6 %，刷新了国际报道相关工作的最高性能指标。

近年来，课题组围绕生物医疗芯片的超低功耗、高通量数据采集及传输设计挑战，取得了多项重要进展，包括VLSI 2020、VLSI 2021以及集成电路顶级期刊IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC), 57, 2390 (2022)，为南京大学在JSSC上的首次突破。

该工作由南京大学独立完成，电子科学与工程学院2022级硕士生庄泉荣是论文的第一作者，邱浩副教授是论文的通讯作者，施毅教授对该工作进行了深入指导。研究得到了国家自然科学基金重点、面上、创新研究群体等项目的资助，以及光电材料与芯片技术教育部工程中心、未来智能芯片交叉研究中心的支持。

VLSI 国际研讨会始于 1987 年，是全球先进半导体与集成电路领域的顶级会议，分为工艺技术（Symposium on VLSI Technology）和电路（Symposium on VLSI Circuits）两大分会。该国际会议每年夏天召开，与每年冬天召开的国际固态