2026年9月7日至10日,第52届ESSERC(欧洲固态电子研究会议)在西班牙帕尔马·马略卡召开,上海交通大学集成电路学院(信息与电子工程学院)生物电路与系统实验室在ESSERC 2026上发表了两篇学术论文,展示了实验室在光声和光电传感等芯片领域的研究进展。
论文一

当地时间9月8日下午,实验室博士生张建宇在分会场“Devices for optoelectronics sensing”就发表的论文“A Photoacoustic Transceiver Chipset with On-Chip Feature-Extraction RX and Pulse-Energy-Stabilized TX for Bio-Substance Quantification”进行了口头汇报。
该论文提出了一种面向生物物质定量检测的光声收发芯片组,以满足微弱光声信号高精度解析与稳定激发的需求。针对传统阈值检测中幅度变化引起的时间游走误差,该工作采用自锁定峰值检测与采样保持电路,同步提取峰值幅度和峰值到达时间,降低两类特征之间的耦合。通过复用循环内插时间数字转换器,依次完成幅度与到达时间的量化,减少全波形采集带来的转换和数据处理开销。在发射端,该工作结合延迟锁定环脉宽控制与脉冲频率调制升压电路,从脉宽和供电电压两个维度稳定激光脉冲能量,提高光声激发的一致性。
该芯片组基于180 nm CMOS工艺流片,接收端和发射端面积分别为1.56 mm²和4.16 mm²。接收端实现了305.5 ps RMS的时间精度和11.25 μV RMS的输入等效幅度精度。发射端支持15.7—291.3 ns的脉宽调节,在1 kHz脉冲重复频率下,最大脉宽对应的光脉冲积分波动为0.13% RMS。葡萄糖溶液仿体实验中,实测光声信号到达时间与浓度的线性拟合决定系数R2达到0.9916。该工作通过接收端特征提取与发射端稳定激发的协同设计,为光声生物物质定量检测系统的小型化和低功耗实现提供了可行的芯片方案。
该论文第一作者为实验室博士研究生张建宇,通讯作者为上海交通大学集成电路学院陈诚助理研究员。
论文二

当地时间9月9日下午,实验室博士生周世鸿在分会场“IC systems for biosensing”就发表的论文“A SAR-Assisted Zoom Light-to-Digital Converter with Fast Baseline Adaptation and Robust Low-PI PPG Acquisition”进行了口头汇报。
该论文提出了一种用在可穿戴设备中光电流检测的直接数字转换架构,以满足实际应用中高能效和快速响应的需求。针对传统电路中光电流信号容易受到动态伪影影响的问题,该工作提出了一种缩放型直接电流输入前端,通过粗量化实时追踪基线变化和高阶快速细量化结构,避免信号转换过程中出现超出参考区间的问题。该工作还通过复用SAR量化配合LED驱动电路时序来完成基线的自适应消除,实现补偿灌注系数和扩大动态范围的效果。
该芯片基于180nm CMOS工艺流片,面积为3.11mm2。在占空比调制的工作模式下,单通道平均功耗最低仅15.4 μW。在光电信号检测的20Hz有效带宽内电路前端达到了95.5dB的SNDR,动态范围达到了106.9dB,并在同类光电转换芯片中实现了最高22.5μA的AC输入电流。芯片提出的直接量化架构和增量式缩放电路为可穿戴设备中光电流检测的环境伪影抑制研究提供了可行的解决方案。
该论文第一作者为实验室博士研究生周世鸿,通讯作者为上海交通大学集成电路学院陈诚助理研究员。

