SiC集成技术在生物电信号采集设计

　　无线生物电子通信系统今后将大大提高人们的生活品质。要想实现这一理想，就要开发出由小型智能传感器节点组成的体域网(body-area networks, BAN)。传感器节点用于收集人体的重要信息，然后将信息送给一个中心智能节点，再由这个智能节点通过无线通信方式将信息发送给基站。借助基于3-D堆叠的(System-in-a-cube,SiC)集成技术可设计实现这些传感器节点。

　　用于构成体域网的小型低功耗传感器/激励器节点必须具备足够的计算能力和无线通信能力，并应将天线集成在内。每一个节点的智能程度都必须能够使其完成分配给它的任务，例如数据存储和促进算法实现，甚至完成复杂的非线性数据分析。此外，它们还应能与穿戴在身上的其他传感器节点或中心节点通信。而中心节点则通过诸如无线局域网或蜂窝电话网之类的标准电讯设施与外界通信。这样一个BAN就能为个人提供服务，包括慢性病的监督处理、医学诊断、家庭监护、生物测定，以及运动和健康跟踪。

　　IMEC公司最近获得了技术上的突破，开发出一个体积只有1cm3的小型三维堆叠式SiC系统。首个3-D堆叠原型中包括一个商用每秒8百万指令的低功耗微控制器、一个2.4GHz的无线收发器、几个晶振和其他一些必要的无源器件，还有一个由用户设计匹配网络的单极天线。其中，微控制器和无线收发器都采用了最先进的节能技术。而系统的高集成度是通过一种叫做“3-D堆叠”的技术，将功能不同的多层沿Z轴堆叠起来实现的。每一层通过双列微距焊球与邻层连接。

　　采用这种通用的堆叠技术就能实现任何一种模块组合。这种低功耗3-D SiC系统可以用于多种无线产品中，从人体信息(脑活动、肌肉活动和心跳)监控到环境数据(温度、压力和湿度)监控，最终用来构成BAN。由于其独特的堆叠特性，这种技术甚至能够将一个特定的传感器集成到单独的一层中，构成一个专用的立方传感器模块。

　　开发SiC是IMEC公司Human++计划的一部分，预想的是将多个类似的SiC传感器节点联合起来构成一个BAN。Human++计划结合了无线通信技术、封装技术、能源提取技术和低功耗设计技术，目的是开发出能够提升人们生活品质的器件。

　　能否成功实现这种BAN，有赖于我们对现有器件的能力的扩展程度。因此，首先必需扫除医学和技术上的几个障碍。其一，如今使用的依赖电池供电的设备寿命有限，必需设法延长其使用寿命。第二，还应放大传感器和激励器之间的相互作用，以便适应多生理参数测定之类的新应用的需要。第三，器件应具备一定的智能，能够存储、处理和传输数据。此外，还必需扩展器件的功能，使其能够进行化学和生物学测量。最后，对医学现象也应有一个彻底的认识。