智能传感芯片在工业控制、医疗诊断、数据采集等应用中起着至关重要的作用。高精度测量不仅体现在其能够准确转换模拟信号，还在于其具备良好的稳定性和抗干扰能力。另一方面，在这些应用中，具有低纹波特性的电源芯片提供精确、稳定的电力，确保系统的可靠运行，在保持信号完整性和减少干扰方面发挥着关键作用。复旦大学集成芯片与系统全国重点实验室的徐佳伟、洪志良教授与纳芯微电子、芯海科技、晶丰明源等国内知名企业开展产学研合作，分别开发了应用于TMR磁传感器、心率血氧采集、生物阻抗测量的高精度模拟前端芯片，以及用于电池供电设备中的低纹波电源管理芯片。四项合作成果近期发表于国际固态电路权威期刊 IEEE Journal of Solid-State Circuits (JSSC)，论文第一作者分别为瞿天翔（博士后）、姚畅（硕士）、潘钦竞（博士）、曹鹏（博士后）。
1. 用于非接触式电流传感宽带TMR磁传感芯片（复旦-纳芯微电子）
隧道磁电阻 (TMR)传感器具有高灵敏度、低功耗和快速响应等特点，这使得它汽车传感、智能电网和新能源等领域的磁场和电流测量有广泛的应用。本项工作提出了一种用于非接触式电流传感的 TMR磁传感读出芯片。采用带乒乓自动调零的电流平衡仪表放大器，在 2MHz 的带宽内实现了206 nTrms 的积分磁噪声。通过 数字辅助偏移校准方案，TMR 传感器的最大偏移降低至 311 nT。在补偿 TMR 偏置电路的温度系数后，其灵敏度漂移降低了 18 倍。所提出的 TMR 传感器读出器（包括传感器偏置电路）在性能系数 (FoM) 方面实现了2.5 fW/Hz 的出色能效。
Tianxiang Qu, Tian Dong, Wenhui Qin, Yaohua Pan, Yun Sheng, Zhiliang Hong, Xiaoyang Zeng, Jiawei Xu., “A 2 MHz Bandwidth TMR-Based Contactless Current Sensor With Ping-Pong Auto-Zeroing and SAR-Assisted Offset Calibration” IEEE Journal of Solid-State Circuits, Oct 2024.
2. 抗环境光和伪影干扰的光电传感前端芯片（复旦-纳芯微电子）
非侵入式光学传感技术，例如光电容积描记法 (PPG) 和功能性近红外光谱 (fNIRS)，可为用户提供极大的舒适度，并可获取脉搏血氧饱和度、血流速度和血管硬度方面的丰富血流动力学信息。传统的光学传感器朝着更高的动态范围和更高能效发展。除了静态基线输入信号，由于运动伪影或环境光变化引起的快速光变化干扰也会导致信号饱和。本项工作提出了一种高动态范围、高能效的光-数字直接转换器 (LDC)。采用电流域静态缩放 (SZ) 来补偿基线输入电流，采用动态缩放 (DZ) 跟踪并补偿残余交流输入电流，并且利用动态切片式放大器降低功耗。LDC 采用标准 0.18 μm CMOS 工艺制造，在 2kHz 带宽内实现了高达140 dB 的动态范围。交流信号的信噪比和失真比 (SNDR) 达到 94.5 dB，在 1.2V电源下仅需消耗44 μW。结合SZ 和 DZ 技术的本项设计成功地在人体胸部实现了PPG 和SpO2的准确测量。
Chang Yao, Zhen Lu, Liheng Liu, Yaohua Pan, Wenhui Qin, Shaoyu Ma, Yun Sheng, Zhiliang Hong, Jiawei Xu., “A 140 dB-DR Light-to-Digital Converter Using Current-Domain Hybrid Zoom for Baseline Cancellation and Interference Compensation”, IEEE Journal of Solid-State Circuits (CICC 2024 Special Issue), Dec 2024.
3. 采用正弦激励的低失真生物阻抗测量芯片（复旦-芯海科技）
生物阻抗 (BioZ) 模拟前端可用于检测组织电特性的变化，作为心力衰竭、癌症和慢性肺部疾病的预后指标。为了提高阻抗测量精度，本项工作在三个方面实现了关键技术的改进：1) 带有分段式 delta-sigma 调制器的查找表 ，用于对 IDAC 进行面积高效的位扩展，以产生低失真正弦电流；2) 电流放大器和直通仪表放大器分别用于减轻电流发生器和读出中的 1/f 噪声调制；3) 带有三电平动态元件匹配 IDAC，用于在保持高线性度性能的同时实现参考电流噪声消除。采用 0.18 μm CMOS 工艺制造的 AFE，其中激励电流和读出电路功耗分别为 86.7–201.1 和 54.8 μW。激励电流为100 μApk 时实现高达 −84 dB 总谐波失真 (THD) ， 97.3 dB 系统信噪比 (SNR)（4 Hz带宽）和 0.64 m /√ Hz 灵敏度。并成功采用干电极实现人体阻抗心动图 (ICG)的测量。
Qinjing Pan, Qi Luo, Tianxiang Qu, Liheng Liu, Xiao Li, Min Chen, Zhiliang Hong, Jiawei Xu., “A 97.3dB SNR Bioimpedance AFE with -84dB THD Segmented-ΔΣM Sinusoidal Current Generator and Passing-Through Instrumentation Amplifier”, IEEE Journal of Solid-State Circuits (VLSI 2024 Special Issue), Dec 2024.
4. 低纹波的耦合电感混合升压转换器（复旦-晶丰明源）
本项工作提出了一种耦合电感混合升压转换器 (CIHSUC)，专为电池供电设备中的低纹波电源应用而设计。CIHSUC 结合了升压转换器和 KY 转换器的优点，提出了一种新颖的混合转换器拓扑结构，将转换器的输入和输出端与耦合电感串联，从而实现高转换比 (CR) 和与负载无关的超低输出电压纹波。通过使用耦合电感代替两个分立电感，CIHSUC 进一步降低了电感电流纹波、输出电压纹波和系统尺寸。此外，还提出了 V2IC 自适应关断时间 (AOT) 控制方法来增强瞬态响应和环路稳定性。该转换器采用 0.18 μm BCD 工艺制造，在 5 V输入、12 V输出 和300 mA负载电流时实现 94.4% 的峰值效率。此外，在 2-5 V 的输入范围和 5-15 V 的输出范围内，测得的输出电压纹波低于 20 mV，与传统升压转换器的理论最佳值相比，降低了 6.6 倍。
Peng Cao, Danzhu Lv, Jiawei Xu, Zhiliang Hong., "A 94.4% Peak Efficiency Coupled-Inductor Hybrid Step-Up Converter With Load-Independent Output Voltage Ripple," IEEE Journal of Solid-State Circuits, Dec 2024.
