实验室简介
生物电路与系统实验室（Bio-Circuits and Systems Laboratory, BiCASL）是上海交通大学电子信息与电气工程学院，微纳电子学系（国家示范性微电子学院）附属实验室。实验室以“芯”为翼，以需求为牵引，致力于探索集成电路、人工智能等技术在生命科学、医疗健康等领域的应用。实验室的发展目标是建设世界一流的研究型平台，持续向社会输送具有国际视野、交叉学科背景的集成电路创新人才。
实验室坐落在上海交通大学闵行校区微电子大楼，拥有完备的芯片设计及测试环境。 实验室现有全职教师8名，包括3名教授（1名国家级特聘专家 ，1名长江学者，1名国家优青），2名副教授（1名国家级青年特聘专家、1名上海浦江人才），3名助理教授（2名上海市浦江人才、1名上海晨光人才）。此外，团队博士、硕士研究生超过60名。实验室团队已承担了国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市科委重点攻关计划、企业联合研发等多个项目，近5年内累计科研经费超过6000万元。团队在超低功耗集成电路设计与生物医疗电子等领域具有雄厚的实力和国际学术影响力。
师资力量
代表性研究成果
实验室以模拟、混合信号集成电路设计创新为源头，支撑新型生物医疗电路与系统。在这两方面创新如下：
1.模拟接口电路
真实世界的物理以及生物信号，往往隐藏在各种干扰和传感器及电路的失调之中。从巨大的干扰和失调信号中，提取并且放大微弱的物理和生物信号，往往需要巨大动态范围的前端电路，这对信号链的前端电路带了设计挑战和功耗和面积负担。如何充分利用混合集成电路技术，从系统结构上进行创新，从电路设计上进化优化，从而实现更高能效、更高动态范围的前端模拟电路，是实现高精度传感，尤其是高精度双向脑机接口的关键手段。
代表成果：
[TBioCAS-2019]“A 2.55 NEF 76 dB CMRR DC-Coupled Fully Differential Difference Amplifier Based Analog Front End for Wearable Biomedical Sensors”（低功耗，低噪声，高输入阻抗生物电采集芯片）
[TCAS-I 2019]“A Low Power 12-bit 1-kS/s SAR ADC for Biomedical Signal Processing”（超低功耗前端采集芯片）
2.先进模数转换器
模数转换器是连接物理世界与数字世界的桥梁，是信号链通路的关键模块。面向未来通信中的高速需求和物联网节点的低功耗诉求，研究包括Nyquist和Delta-Sigma型模数转换器的新型架构，高能效电路设计方法以及新型校准算法。此外，针对生物医疗特殊需求设计了时间域VCO数据转换器、以及事件驱动的电平穿越型数据转换器。
代表成果：
[JSSC-2020]“A 76.6dB-SNDR 50MHz-BW 29.2mW Multibit CT Sturdy MASH ΔΣ Modulator with DAC Non-linearity Tolerance” （宽带连续时间Sigma-Delta调制器）
[ISSCC-2019]“A 76.6dB-SNDR 50MHz-BW 29.2mW Noise Coupling Assisted CT Sturdy MASH ΔΣ Modulator with 1.5b/4b Quantizers in 28nm CMOS” （宽带连续时间Sigma-Delta调制器）
[TCAS-II-2022]“A Hybrid 1st/2nd-Order VCO-Based CTDSM With Rail-to-Rail Artifact Tolerance for Bidirectional Neural Interface” （基于VCO的时间域数字化接口电路）
[TCAS-II-2019]“A 61-nW Level-Crossing ADC With Adaptive Sampling for Biomedical Applications”（事件驱动型数据转换器）
3.面向心肺监测的体域网芯片与系统
无线体域网芯片是智慧健康的使能技术，有望实现慢性疾病的居家、持续监控，结合人工智能算法，为诊断和治疗提供依据。BiCASL与上海交通大学多家附属医院合作，持续推进针对心、肺相关慢性疾病的智能芯片与系统研究。在胸部电阻抗成像芯片、心肺音识别系统、心律失常分类芯片等领域做出了创新成果。
代表成果：
[Interspeech-2020]“LungRN+NL:An Improved Adventitious Lung Sound Classification Using non-local block ResNet Neural Network with Mixup Data Augmentation”（肺音分类算法）
[ASSCC-2021]“A Computationally Efficient, Hardware Re-configurable Architecture for QRS Detection and ECG authentication”（心电特征提取算法） [TCAS-II-2021] “A 1.3µW Event-Driven ANN Core for Cardiac Arrhythmia Classification in Wearable Sensors” （低功耗心率失常检测芯片1）
[TBioCAS-2020]“A 13.34µW Event-driven Patient-specific ANN Cardiac Arrhythmia Classifier for Wearable ECG Sensors” （低功耗心率失常检测芯片2）
[ISSCC-2019]“A 13-Channel 1.53-mW 11.28-mm2 Electrical Impedance Tomography SoC Based on Frequency Division Multiplexing with 10× Throughput Reduction”（电阻抗成像芯片）
4.脑机接口芯片与系统
脑-机接口是在人脑与计算机或其它电子设备之间建立的直接的信息交换通道，该技术的发展有望突破人类诞生以来由五官、肢体决定的信息交互带宽瓶颈，前景广阔。脑-机接口技术是一种涉及神经科学、信号检测、信号处理、模式识别等多学科的交叉技术，BiCASL团队在脑信号采集芯片、脑机接口系统等方面持续积累创新成果。
代表成果：
[ESSCIRC-2022]“A Sub-0.01◦ Phase Resolution 6.8-mW fNIRS Readout Circuit Employing a Mixer-First Frequency-Domain Architecture”（频域近红外脑信号采集芯片）
[TBioCAS-2022]“An Energy-Efficient Wearable Functional Near-infrared Spectroscopy System Employing Dual-level Adaptive Sampling Technique ”（光学脑机接口自适应采样技术）
[IEEE Sensors J.-2021]“A Coarse/fine Dual-stage Motion Artifacts Removal Algorithm for Wearable NIRS Systems”（光学脑机接口伪影抑制技术）
[TBioCAS-2017]“A 64-channel versatile neural recording SoC with activity-dependent data throughput”（多功能植入式脑机接口系统芯片）
5.宏微集成与人机交互器件
基于薄膜晶体管(thin-film transistor, TFT)的宏集成电路可采用不同的材料体系、器件结构与工艺方案，适合在玻璃、柔性等衬底上大面积制造，与微电子集成电路芯片结合，可为发展“人-机-物”交互融合的物理界面提供普适的技术方案。实验室长期开展柔性薄膜晶体管器件与电路，有源矩阵显示与传感阵列，以及感存算一体集成的研究。
代表成果：
[IEEE J.Elec.Dev.Soc-2022]“Low-Temperature Solution-processed All Organic Integration for Large-Area and Flexible High-resolution Imaging”（大面积高分辨柔性光传感阵列）
[Flex.Electron-2022]“Solution processed low power organic field-effect transistor bio-chemical sensor of high transconductance efficiency”（柔性高灵敏生物传感芯片）
[IEEE-IEDM-2021]“RF Powered Flexible Printed Ion-sensitive Organic Field Effect Transistor Chip with Design-to-manufacturing Automation for Mobile Bio-sensing”（无线供电柔性生化传感平台）
BiCASLer的日常生活
1.国际交流
实验室成立了IEEE CAS上海区的Student Branch以及Young Professionals Affinity Group。在此基础上常年举办各类学术活动，承办了包括2016 IEEE BioCAS会议、2019 IEEE CAS Seasonal School、2020 IEEE ISICAS会议等。依托两大国际化社团，常态化邀请国内外顶尖学者如Franco Maloberti，Mohamad Sawan等来实验室交流讲学，创造良好交流氛围的同时拓宽着大家的科研视野。
2.科研竞赛
实验室每年都会成立小组参加国内及国际上具有竞争力的科研竞赛。在2021年“华为杯”第三届中国研究生创“芯”大赛上斩获一等奖一项及二等奖三项；在2019年第一届“集成电路EDA设计精英挑战赛”中，实验室七支队伍全部进入决赛并取得两个二等奖、五个三等奖、两个企业特别奖的优异成绩。通过鼓励踊跃参加科研竞赛的方式，提升其综合水平和实践能力，在与国内其他高水平高校的竞争中拓宽科研思维。
3.业余生活
科研学习之余，实验室成立了篮球社、乒乓球社、骑行社等众多社团协会，同学们可以积极参加各类型的业余活动，既能强身健体，还能培养师生情谊，增进相互交流。
