一个多模式电化学和阻抗光谱系统在芯片上,具有温度传感和阻抗增强技术
IEEE transactions on biomedical circuits and systems
|June 20, 2023
概括
这项研究介绍了一种多功能电化学传感器芯片系统 (SoC),用于先进的电化学分析和温度监测. 多模式芯片集成了循环电压测量 (CV) 和电化学阻抗光谱 (EIS),具有高精度和低功耗.
科学领域:
- 电气工程 电气工程
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 生物医学工程 生物医学工程
背景情况:
- 多模电化学传感系统对于先进的分析应用至关重要.
- 现有的系统经常面临动态范围,阻抗分辨率和温度传感精度的局限性.
- 将多种传感方式集成到单一芯片 (SoC) 上,可以实现小型化和增强功能.
研究的目的:
- 介绍一款全新的多式电化学传感芯片系统 (SoC).
- 整合循环电压测量 (CV),电化学阻抗光谱 (EIS) 和温度传感功能.
- 为了实现高性能指标,包括适应范围,高阻抗分辨率和精确的温度测量.
主要方法:
- 设计并实施了一种使用0.18微米CMOS工艺的多式电化学传感SoC.
- 开发了CV的自适应性读出电路,具有自动范围调整和分辨率缩放.
- 集成了一个阻抗提升机制,用于EIS扩展可检测的负载阻抗.
- 使用基于电阻的温度传感器与一个摇摆增强放松振荡器.
主要成果:
- 实现了对CV的145.5dB适应性读出电流范围.
- 在10kHz时获得了9.2mΩ/√Hz的EIS阻抗分辨率,THD<1%.
- 使用阻抗提升机制将最大可检测负载阻抗扩展到22.95kΩ.
- 显示温度传感器分辨率为31mK在0-85°C之间.
- 该 SoC 在总功耗为 1 mW 的情况下运行.
结论:
- 开发的多式电化学传感SoC为各种传感应用提供了高度集成和高效的解决方案.
- 与现有技术相比,该系统在CV,EIS和温度传感方面表现出卓越的性能.
- 低功耗和高精度使其适用于便携式和先进的分析设备.
