一种生物传感器平台芯片及集成方法技术

本发明专利技术涉及一种生物传感器平台芯片及集成方法。该技术成熟的大规模集成电路CMOS工艺，打造一个生物传感器平台芯片，进而为各类不同的生物传感器，提供一个统一的集成平台和接口，避免繁复的独立特殊设计制造，实现简单有效地集成。本发明专利技术将所集成的生物传感器采集到的生物样本进行数字化处理，并借助无线数据和供电技术，实现大量生物数据的高速采样、无线发送、外部存储、灵活检测和分析。本技术的无线平台芯片不仅限于集成单个微型生物传感器，并结合生物兼容的封装，从而实现有效的植入性产品；还可适用于体外，与多种生物传感器共同集成在印刷电路板上，从而形成一个“微型化验室”，可同时采集分析多种不同的生物样本。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及。该技术成熟的大规模集成电路CMOS工艺，打造一个生物传感器平台芯片，进而为各类不同的生物传感器，提供一个统一的集成平台和接口，避免繁复的独立特殊设计制造，实现简单有效地集成。本专利技术将所集成的生物传感器采集到的生物样本进行数字化处理，并借助无线数据和供电技术，实现大量生物数据的高速采样、无线发送、外部存储、灵活检测和分析。本技术的无线平台芯片不仅限于集成单个微型生物传感器，并结合生物兼容的封装，从而实现有效的植入性产品；还可适用于体外，与多种生物传感器共同集成在印刷电路板上，从而形成一个“微型化验室”，可同时采集分析多种不同的生物样本。【专利说明】
本专利技术涉及。该技术利用价格低廉，技术成熟的CMOS工艺，为各种不同类型的生物传感器提供一个方便集成的统一的芯片平台和接口 ；并借助无线数据和供电技术，实现大量生物数据的高速采集、无线发送、外部存储、灵活检测和分析。技术背景生物传感器是用生物活性材料(酶、蛋白质、DNA、抗体、抗原、生物膜等)与物理化学换能器有机结合的一门交叉学科，是发展生物技术必不可少的一种先进的检测方法与监控方法，也是物质分子水平的快速、微量分析方法。生物传感器技术在国民经济中的临床诊断、工业控制、食品和药物分析(包括生物药物研究开发)、环境保护以及生物技术、生物芯片等研究中有着广泛的应用前景。在现阶段，各种生物传感器产品在形式、尺寸、设计上各自存在极大区别，基本上还只停留在为了特定的应用而特殊设计制造的阶段，而可植入的生物传感器芯片更是寥寥无几。一般来说，生物传感器利用其特殊制造的受体装置和传感装置来采集生物样本后，需要利用后续的信号处理和数字处理电路将样本数字化，才能进行有效地读取和分析。在目前各自为政的局面里，每一个特定的应用都需要为其重新设计并制造相应的信号处理和数字处理电路，从而浪费大量的人力、物力和时间。同时，由于缺乏无线数据和供电技术的支撑，传统的生物传感器产品避免不了电线和电池，造成尺寸过大而无法实现植入。特定应用的微型无线生物传感器芯片目前还只存在于研究机构的实验室中。为了突破这种局面，本专利技术适时创造了生物传感器平台芯片的概念，利用价格低廉，技术成熟的CMOS工艺，打造了一个可以为集成各类生物传感器提供一个通用的平台和接口的无线芯片技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供，进而为各类不同的生物传感器，包括电化学传感器、可见光传感器、磁传感器、热传感器等等，提供一个统一的集成平台和接口，避免繁复的独立特殊设计制造，实现简单有效地集成。通过使用大规模集成电路设计的CMOS芯片，本专利技术将所集成的生物传感器采集到的生物样本进行数字化处理，并借助无线数据和供电技术，实现大量生物数据的高速采样、无线发送、外部存储、灵活检测和分析。本专利技术适用范围包括但不仅限于在无线平台芯片上集成单个微型生物传感器，并结合生物兼容的封装，从而实现有效的植入性产品。本技术还可适用于在体外，将本平台芯片与多种生物传感器集成在印刷电路板上，从而形成一个“微型化验室”，可采集分析多种不同的生物样本。此“微型化验室”用在环境保护方面，可实现对各种环境参数的综合检测分析；若用于家庭，则可成为“家庭医生”，实现对各种常见生物参数(如血压、脉搏、血糖、血常规等)的方便检测和分析、以及历史记录追踪和报警等。本专利技术提供的的技术方案是:一种生物传感器平台芯片，包括独立多通道输入接口、低噪前置放大电路(Low-Noise-Preamplifier)、多路通道选择电路(Multiplexer)、模数转换电路(Analog to Digital Converter, ADC)、逻辑控制电路(Digital Controller)、内部存储电路(Memory)、无线数据收发器电路(Wireless Transceiver)、无线供电电路(Wireless Power Recovery)。本平台芯片将上述电路模块通过大规模集成电路的方式集成在一块芯片上，从而为各种不同类型的生物传感器提供一个统一的生物传感器提供一个统一的平台和接口。作为优选，所述的生物传感器平台芯片采用互补金属氧化物半导体CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductors)技术设计制造。CMOS 工艺价格低廉，设计和制造技术成熟，性能稳定，发展迅速，因此是大规模集成电路芯片标准化、微型化的首选，也是本专利技术生物传感器平台芯片的首选。作为优选，所述独立多通道输入接口拥有高密度(即数量达到上百)的独立输入通道，可用于采集不同生物样本，或采集不同区域的样本；同时采集数量众多的样本进行检测分析能极大增加工作效率，并保证检测结果的可靠性；为达到芯片高密度，小体积的要求，采用纳米级的CMOS工艺是一个有效手段。作为优选，所述多路通道选择电路在逻辑控制电路的控制下，针对不同的应用只会选择所需要用到的通道；即本专利技术平台芯片所拥有的高密度通道并不一定全部都会被使用，在不同的应用中将会有不同数量的通道被闲置；芯片对通道的选择是通过接收外部设备的命令和配置信息来进行设置；此设计具有极大的灵活性，使得在一个统一的平台芯片上能够集成不同类型、不同数量的生物传感器，从而成功地避免了不同产品繁复的独立特殊设计。作为优选，所述模数转换电路根据所述逻辑控制电路所提供的时序和命令有序地将多个采集通道的样本转换为数字信号；此模数转换电路应具有较大动态输入范围以满足不同传感器的规格需求。作为优选，所述模数转换电路的采样率有合理的较大的动态选择范围，可以通过外部命令发送配置信息为不同的通道设置不同的采样率；此设计可很好地应用于当本平台芯片集成多个生物传感器，并且在不同的输入通道对不同的生物样本的采样率的要求有较大差别的情况。作为优选，所述逻辑控制电路负责多路通道选择电路对通道的选择和时序控制；负责模数转换电路采样频率的设置；负责从内部存储器中对数据的读取与打包处理；负责与无线数据收发器电路的通讯；逻辑控制电路除按正常模式有序的依次收集所用到的输入通道的样本之外，还可以通过命令实现对任意输入通道进行任意时长的开关控制；这一系列智能的逻辑控制电路的设计提供了极大的灵活性和安全性，能够针对不同的应用和要求对本平台芯片进行控制和调整。作为优选，所述内部存储电路将各个通道转换得到的数字信号进行暂时存储；此设计可以使多路通道选择电路和模数转换电路以较快速率采样，但芯片可以以较低的数据率来发送数据到外部设备。作为优选，所述无线数据收发器电路将根据需要，使用不同传输频率和协议:作为植入式产品可以采用医疗植入通讯服务频段(Medical Implant Communication ServiceBand, MICS)或者电感f禹合方式(Inductive Coupling)与采取相同协议的外部设备对接；作为非植入式产品，可以采取IEEE802.11协议或蓝牙技术与外部智能设备直接通讯；此设计将芯片所采集的大量生物数据无线发送至外部设备进行存储、检测、分析和报警。作为优选，所述无线供电电路，可以利用线圈耦合方式对整个芯片进行无线供电，以便在集成植入式产品时使用，避免手术植入电池和电线；同时，此电路还提供直流电源直接输入接口 ；在作为非植入式产本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种生物传感器平台芯片，其特征在于：包括独立多通道输入接口、低噪前置放大电路(Low‑Noise‑Preamplifier)、多路通道选择电路(Multiplexer)、模数转换电路(Analog to Digital Converter，ADC)、逻辑控制电路(Digital Controller)、内部存储电路(Memory)、无线数据收发器电路(Wireless Transceiver)、无线供电电路(Wireless Power Recovery)；本平台芯片将上述电路模块通过大规模集成电路的方式集成在一块芯片上，从而为各种不同类型的生物传感器提供一个统一的平台和接口。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨佳威，
申请(专利权)人：杨佳威，
类型：发明
国别省市：浙江;33