一种生物传感器平台芯片及集成方法
【专利摘要】本发明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】一种生物传感器平台芯片及集成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种生物传感器平台芯片及集成方法。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
[0002]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，本发明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。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种生物传感器平台芯片及集成方法，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，本发明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。本发明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。
[0004]本发明提供的一种生物传感器平台芯片及集成方法的技术方案是: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。
[0005]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，也是本发明生物传感器平台芯片的首选。
[0006]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。
[0007]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；即本发明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。
[0008]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。
[0009]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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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 ；在作为非植入式产品使用时，可以采取电池或者直流电源直接供电。
[0014]作为优选，以上所述的所有电路模块通过大规模集成电路的方式集成在一块芯片上，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，从而形成本发明生物传感器平台芯片；依靠高密度的采集通道和极其灵活的可编程控制，并且搭载成熟的无线数据和电源传输技术，本发明真正实现了不同类型、数量的生物传感器的简单有效的集成，提供了安全可靠的植入式方案和灵活方便的非植入式方案，实现了大量不同生物数据的同时高速采集、无线发送、外部存储、实时检测分析、历史记录追踪和报警；本发明将极大地促进相关领域科技的发展。
[0015]本发明提供一种生物传感器平台芯片的集成的工作方法，包括以下步骤:
[0016]a、将单个或多个生物传感器集成于此平台芯片，即将生物传感器的输出通道与此平台芯片的独立多通道输入接口进行连接；
[0017]b、所集成的传感器，通过跟生物活性材料接触的传感器感应装置，来采集生物活性材料所产生的电化学信号、可见光信号、磁信号或热信号等等，并将这些信号转化为微电信号;
[0018]C、通过芯片提供的低噪前置放大电路来生成与每个通道所采集的微电信号成比例的“放大信号”；
[0019]d、通过芯片提供的多路通道选择电路，按照一定的时序，有序地选择每一路通道的“放大信号”，将其传递给模数转换电路；
[0020]e、通过模数转换电路按照逻辑控制电路所提供的采样率将“放大信号”转换成数字信号并存储于内部存储器；
[0021]f、将存储器中的数字信号通过芯片提供的逻辑控制电路及无线数据收发器电路有序地发送到外部设备(特制外部设备或者计算机、智能手机、掌上电脑等智能设备)进行分析和显示，并存储到外部设备的数据存储器。
[0022]作为优选，步骤a中的独立多通道输入接口的数量，应具备高密度的要求(即数量达到上百)；针对不同应用，只需根据其所用到的接口的个数，选择相应数量的输入接口，并根据需要改变相应的接口面板(pad)在芯片表面金属层的位置布局即可；输入接口的数量和具体的通道选择可编程(通过外部命令设
[0023]应数量的输入接口，并根据需要改变相应的接口面板(pad)在芯片表面金属层的位置布局即可；输入接口的数量和具体的通道选择可编程(通过外部命令设置)。
[0024]作为优选，在步骤a中，作为植入式产品的单个生物传感器与生物传感器平台芯片的集成采用倒置芯片(flip-chip)绑定技术集成；此时生物传感器平台芯片所用到的独立多通道输入接口的个数以及其位于芯片的位置由所集成生物传感器的输出通道(接口)的个数以及相对位置决定；完成集成后再采取密闭的生物兼容的封装，即可以被安全有效地植入体内。
[0025]作为优选，在步骤a中，作为非植入式产品的多个生物传感器与生物传感器平台芯片的集成采用印刷电路板集成。此时生物传感器平台芯片可以先进行封装以方便集成；此时生物传感器平台芯片所用到的独立多通道输入接口的个数由所集成生物传感器的个数以及其输出通道(接口)的个数决定。
[0026]作为优选，步骤c中每一路的低噪前置放大电路应具有低噪声、低功耗、高共模抑制比(CMRR)、高电源抑制比(PSRR)、性能随工艺和温度变化小等特性。
[0027]作为优选，步骤d中的多路通道选择电路按照逻辑控制电路预先设置的顺序和频率(时长)来选择一路通道的“放大信号”并输入给模数转换电路；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选择所需要用到的通道；这种通路选择的顺序和频率(时长)可由逻辑控制电路通过接收外部设备的命令和配置信息来改变设置。
[0028]作为优选，步骤e中的模数转换电路按照逻辑控制电路预先设置的采样率对所选择通道的“放大信号”进行采样并转换为数字信号；通常模数转换电路的采样率应比多路通道选择电路选择通道的频率高很多，以便每路通道采集到足够多的样本点；采样率可由逻辑控制电路通过接收外部设备的命令和配置信息来改变设置。
[0029]作为优选，步骤e中的模数转换电路的采样率有合理的较大的动态选择范围，可以在逻辑控制电路的控制下为不同的通道设置不同的采样率。当多路通道选择电路选择某一路通道时，模数转换电路的采样率将自动转变成为所选通道设置的采样率；此设计可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。
[0030]作为优选，步骤e中转换成的数字信号通过内部存储电路进行暂时存储；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。
[0031]作为优选，步骤f中无线数据收发器电路将根据应用兼容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 CommunicationService Band,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τΗ ο
[0032]作为优选，步骤f中外部设备除具备数据实时分析、显示和报警功能外，还可以通过数据存储元件对数据进行外部存储，以便调用历史数据进行跟踪、趋势分析研究等。
[0033]本发明通过提供一个统一标准的生物传感器平台芯片的设计，为各种微型生物传感器提供一个统一的平台和接口，避免生物传感器产品繁复的独立特殊设计制造，实现了简单有效地集成。本发明的生物传感器平台芯片既可以集成单个传感器后采用生物兼容性的封装，被安全地植入体内，利用无线供电和通信技术有效工作；也可以进行封装后在印刷电路板上集成多个传感器，形成“微型化验室”，并利用常用的无线技术通信。两种方式中，无线数据均可通过外部智能设备进行存储、分析和调用。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1是本发明作为植入式产品使用示意图。
[0035]图2是本发明作为非植入式产品使用示意图。
[0036]图3是本发明生物传感器平台芯片具体架构的示意图。【具体实施方式】
[0037]下面通过结合附图对本发明进一步说明。
[0038]实施例:本发明作为植入式产品使用的实施方式如图1所示。
[0039]植入体部分由生物传感器平台芯片10、生物传感器11、生物兼容封装12、电感耦合线圈13及天线14组成。其中生物传感器平台芯片10以倒置芯片绑定(Flip ChipBonding)方式与生物传感器11连接。生物传感器11的传感装置接触生物样本后所产生的多通道微电信号经过生物传感器平台芯片10采集放大后经过一系列数字化信号处理过程150，有序地生成数据包(称之为前向数据)，然后经调制后由天线14采用医疗植入通讯服务频段121发送。在另一种设计下前向数据也可以通过电感耦合线圈13采用负载调制(Load Modulation)的技术发送。
[0040]特制外部设备22的基本构成包括数据收发及电源驱动器件20、数据存储控制器件21、数据分析处理器件25、显示报警器件26、电感耦合线圈23及天线24。电感耦合线圈23将电能通过电感耦合的方式120传递给植入体上的电感耦合线圈13，从而为整个生物传感器平台芯片10供电。天线24采用医疗植入通讯服务频段121与植入体天线14通讯，天线24接收到的数据经过数据收发及电源驱动器件20解调后在数据存储控制器件21内存储。数据分析处理器件25调用数据存储控制器件21内存储的相关数据进行计算、分析处理，相关结果通过显示报警器件26进行显示和报警。在另一种设计下，数据通讯也可以通过电感耦合的方式120来完成。生物传感器平台芯片所产生的前向数据可以采用负载调制技术改变电感耦合线圈13的负载，通过电感耦合线圈23的感应来传递给特制外部设备22。
[0041]需要说明的是，不管是采用天线还是采用电感耦合线圈来进行数据通讯，数据链路都是双向的。特制外部设备可以通过存储控制器件21产生不同的命令和配置信息，来对植入体部分的生物传感器平台芯片进行一些操作控制。这些命令和配置信息称之为反向数据。反向数据可以通过天线24和14采用医疗植入通讯服务频段121，同样也可以在另一种设计下调制在电源驱动信号里，通过电感耦合线圈23和13，采用电感耦合的方式120传递。
[0042]实施例:本发明作为非植入式产品使用的实施方式如图2所示。
[0043]生物传感器平台芯片10在进行封装50后在印刷电路板28上与多个生物传感器集成，形成一个具有检验多种生物样本能力的“微型化验室”。编号60、61至70、71，编号80、81至90、91均表示不同类型的多个生物传感器，其实际数量与编号无关，而是由具体应用决定，其最大数量由生物传感器平台芯片10所提供的独立多通道输入接口的个数及各个生物传感器的输出通道(接口)的个数决定。生物传感器平台芯片10采集各个通道的生物样本，有序地生成数据包(称之为前向数据)，然后经调制后由天线14采用IEEE802.11无线协议或蓝牙技术122发送。在此种使用模式下，整个印刷电路板的供电由电池51或者外部直流电源供电。
[0044]外部智能设备103 (计算机、智能手机、掌上电脑等等)可通过其天线102采用IEEE802.11无线协议或蓝牙技术与生物传感器平台芯片的天线14通讯，其接收到的数据在智能设备内部的数据存储控制器件100内存储。在相关应用软件(Applications)的控制下，数据运算处理器件101调用数据存储控制器件100内存储的相关数据进行计算、分析处理，显示相关结果和报警。同样，外部智能设备103可以产生不同的命令和配置信息，来对生物传感器平台芯片10进行一些操作控制。这些命令和配置信息称之为反向数据。反向数据同样通过天线102和14采用IEEE802.11无线协议或蓝牙技术传递。因此数据链路是双向的。
[0045]实施例:本发明生物传感器平台芯片10的具体结构如图3所示。
[0046]首先整个芯片的供电在作为植入式产品使用时可以来自于电感耦合线圈13通过电感耦合的方式接收外部设备发送的无线电源驱动信号，并通过无线供电电路18整形滤波为直流电压。同时无线供电电路18还会从无线电源驱动信号中恢复时钟信号，作为整个芯片的基础时钟信号供给逻辑控制电路19。在作为非植入式产品使用时，本发明芯片不需要使用无线电源供电，可以通过外部直流电源或电池51直接供电，此时芯片的系统基础时钟信号由外部石英震荡器56供给。本发明芯片所集成的单个或多个生物传感器所产生的微电信号首先通过独立多通道输入接口 130至141。低噪前置放大电路30至41将每一路通道的微电信号放大到理想的与其成比例的“放大信号”。这里编号130至141，30至41只是用作示意用途，即表示所用到的多个通道，并不代表所使用通道的实际数量。这些“放大信号”经过多路通道选择电路52，在逻辑控制电路19的控制下按一定顺序和频率(时长)依次选择其中一路信号输入到模数转换电路53。针对不同应用，多路通道选择电路52在逻辑控制电路19的控制下只会选择所需要用到的通道，没有被使用的通道将不会被选择。模数转换电路53按照逻辑控制电路19所提供的采样率对所选择通道的“放大信号”进行模数转换，将其转变为数字信号后在内部存储电路54中存储。模数转换电路53有能力针对不同的通道由逻辑控制电路设置不同的采样率。逻辑控制电路19再以一定的时序将内部存储电路54中的数据打包并读取到前向数据发送电路16中进行调制。前向数据可以通过天线14发送，也可以在另一种设计下采用负载调制技术58通过电感耦合线圈13发送。同时本发明芯片还可以接收来自外部设备的命令、配置信息或确认信号等，称之为反向数据。反向数据可通过天线14接收，选择电路17在逻辑控制电路19的控制下根据相关的通讯协议来决定前向数据发送电路16和反向数据接收电路15对天线14的控制权。命令或配置信息通过反向数据接收电路15解调后并传送到逻辑控制电路19进行一些极其灵活的操作和控制，比如改变多路通道选择电路52对通道的选择设置，选择顺序和频率(时长)的设置，有能力以任意的时长来选择任意选定的通道；比如改变模数转换电路53的采样率的设置，对不同的通道设置相同或不同的采样率等等。在另一种设计下，外部设备的反向数据被调制在无线电源驱动信号发送，此时反向数据可通过电感耦合线圈13接收，经过降幅处理57后传送给反向数据接收电路15来解调。
【权利要求】
1.一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(WirelessPower 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。
2.根据权利要求1所述的生物传感器平台芯片，其特征在于:采用互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductors)技术设计制造。
3.根据权利要求1所述的生物传感器平台芯片，其特征在于:所述独立多通道输入接口拥有高密度(即数量达到上百)的独立的输入通道，可用于采集不同生物样本，或采集不同区域的样本。
4.根据权利要求1所述的生物传感器平台芯片，其特征在于:所述多路通道选择电路在所述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；即本发明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。
5.根据权利要求1所述的生物传感器平台芯片，其特征在于: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。
6.根据权利要求1或5所述的生物传感器平台芯片，其特征在于: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。
7.根据权利要求1所述的生物传感器平台芯片，其特征在于: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，还可以通过发送命令对任意输入通道进行任意时长的开关控制。
8.根据权利要求1所述的生物传感器平台芯片，其特征在于: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。
9.根据权利要求1所述的生物传感器平台芯片，其特征在于: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 Service Band,MICS)或者电感稱合方式(InductiveCoupling)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。
10.根据权利要求1所述的生物传感器平台芯片，其特征在于: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 ；在作为非植入式产品使用时，可以采取直接电池或者直流电源供电。
11.根据权利要求1至10任一顶所述的生物传感器平台芯片， 其特征在于:以上所述的所有电路模块通过大规模集成电路的方式集成在一块芯片上，从而形成本发明生物传感器平台芯片；依靠高密度的采集通道和极其灵活的可编程控制，并且搭载成熟的无线数据和电源传输技术，本发明真正实现了不同类型、数量的生物传感器的简单有效的集成，提供了安全可靠的植入式方案和灵活方便的非植入式方案，实现了大量不同生物数据的同时高速采集、无线发送、外部存储、实时检测分析、历史记录追踪和报警。
12.—种生物传感器平台芯片的集成的工作方法，包括I至11任一项所述的生物传感器平台芯片，其特征在于:包括以下步骤: a、将单个或多个生物传感器集成于此平台芯片，即将生物传感器的输出通道与此平台芯片的独立多通道输入接口进行连接； b、所集成的传感器，通过跟生物活性材料接触的传感器感应装置，来采集生物活性材料所产生的电化学信号、可见光信号、磁信号或热信号等等，并将这些信号转化为微电信号; C、通过芯片提供的低噪前置放大电路来生成与每个通道所采集的微电信号成比例的“放大信号”； d、通过芯片提供的多路通道选择电路，按照一定的时序，有序地选择每一路通道的“放大信号”，将其传递给模数转换电路； e、通过模数转换电路按照逻辑控制电路所提供的采样率将“放大信号”转换成数字信号并存储于内部存储 器； f、将存储器中的数字信号通过芯片提供的逻辑控制电路及无线数据收发器电路有序地发送到外部设备(特制外部设备或者计算机、智能手机、掌上电脑等智能设备)进行分析和显示，并存储到外部设备的数据存储器。
13.根据权利要求12所述的生物传感器平台芯片的集成的工作方法，其特征在于:步骤a中的独立多通道输入接口的数量，应具备高密度的要求(即数量达到上百)；针对不同应用，只需根据其所用到的接口的个数，选择相应数量的输入接口，并根据需要改变相应的接口面板(pad)在芯片表面金属层的位置布局即可；输入接口的数量和具体的通道选择可编程(通过外部命令设置)。
14.根据权利要求12或13所述的生物传感器平台芯片的集成的工作方法，其特征在于:在步骤a中，作为植入式产品的单个生物传感器与生物传感器平台芯片的集成采用倒置芯片(flip-chip)绑定技术集成；此时生物传感器平台芯片所用到的独立多通道输入接口的个数以及其位于芯片的位置由具体应用以及所集成生物传感器的输出通道(接口)的个数以及相对位置决定；完成集成后再采取密闭的生物兼容的封装，即可以被安全有效地植入体内。
15.根据权利要求12或13所述的生物传感器平台芯片的集成的工作方法，其特征在于:在步骤a中，作为非植入式产品的多个生物传感器与生物传感器平台芯片的集成采用印刷电路板集成；此时生物传感器平台芯片可以先进行封装以方便集成；此时生物传感器平台芯片所用到的独立多通道输入接口的个数由所集成生物传感器的个数以及其输出通道(接口)的个数决定。
16.根据权利要求12所述的生物传感器平台芯片的集成的工作方法，其特征在于:步骤c中每一路的低噪前置放大电路具有低噪声、低功耗、高共模抑制比(CMRR)、高电源抑制比(PSRR)、性能随工艺和温度变化小等特性。
17.根据权利要求12所述的生物传感器平台芯片的集成的工作方法，其特征在于:步骤d中的多路通道选择电路按照逻辑控制电路预先设置的顺序和频率(时长)来选择一路通道的“放大信号”并输入给模数转换电路；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选择所需要用到的通道；这种通路选择的顺序和频率(时长)可由逻辑控制电路通过接收外部设备的命令和配置信息来改变设置。
18.根据权利要求12所述的生物传感器平台芯片的集成的工作方法，其特征在于:步骤e中的模数转换电路按照逻辑控制电路预先设置的采样率对所选择通道的“放大信号”进行采样并转换为数字信号；通常模数转换电路的采样率应比多路通道选择电路选择通道的频率高很多，以便每路通道采集到足够多的样本点；采样率可由逻辑控制电路通过接收外部设备的命令和配置信息来改变设置。
19.根据权利要求12或18所述的生物传感器平台芯片的集成的工作方法，其特征在于:步骤e中的模数转换电路的采样率有合理的较大的动态选择范围，可以在逻辑控制电路的控制下为不同的通道设置不同的采样率；当多路通道选择电路选择某一路通道时，模数转换电路的采样率将自动转变成为所选通道设置的采样率；此设计可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。
20.根据权利要求12所述的生物传感器平台芯片的集成的工作方法，其特征在于:步骤e中转换成的数字信号通过内部存储电路进行暂时存储；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。
21.根据权利要求12所述的生物传感器平台芯片的集成的工作方法，其特征在于:步骤f中无线数据收发器电路将根据应用兼容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 Service Band,MICS)或者电感率禹合方式(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。
22.根据权利要求12所述的生物传感器平台芯片的集成的工作方法，其特征在于:步骤f中外部设备除具备数据实时分析、显示和报警功能外，还可以通过数据存储元件对数据进行外部存储，以便调用历史数据进行跟踪、趋势分析研究等。
【文档编号】H01L27/00GK103715192SQ201310277528
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年6月26日 优先权日:2013年6月26日
【发明者】杨佳威 申请人:杨佳威