在過(guò)去，傳感器研究?jī)H僅專注于提升自身性能，如靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、響應(yīng)時(shí)間、可靠性等，而隨著MEMS技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)的不斷融合，傳感器與讀出電路的集成已成為可能，并且隨著混合集成技術(shù)的不斷進(jìn)步，更多的功能電路，包括將通信模塊、能量收集、電源管理模塊集成于智能生化傳感器當(dāng)中，為傳感器的微型化、多功能化以及智能化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

為了真正實(shí)現(xiàn)傳感器的微型化與智能化，生物傳感器需要與有源電路相集成，形成多功能化的片上系統(tǒng)。

隨著新材料、新結(jié)構(gòu)、新原理的不斷發(fā)展，基于懸臂梁的 DNA 傳感器、基于多晶硅納米線的蛋白質(zhì)/DNA傳感器 、基于水凝膠的血糖傳感器、基于離子敏場(chǎng)效應(yīng)管的pH值傳感器及基于帶隙基準(zhǔn)的溫度傳感器已經(jīng)可以與其相應(yīng)的讀出電路、無(wú)線通信等模塊，集成于同一芯片上，具備自校準(zhǔn)功能，并可在一定范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自調(diào)整、自適應(yīng)功能。

在實(shí)際應(yīng)用中，多個(gè)生化信號(hào)往往需要同時(shí)檢測(cè)，這就需要一個(gè)多傳感器的片上系統(tǒng)，利用不同的檢測(cè)原理實(shí)現(xiàn)多信號(hào)的同時(shí)檢測(cè)。

多傳感器片上系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)為IC后道工藝設(shè)計(jì)提出了諸多挑戰(zhàn)，由于布局多傳感器的芯片要經(jīng)過(guò)多次后道工藝，則所有工藝必須與標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝兼容，并且后道工藝也要相互兼容。

近年來(lái)許多研究專注于攻克混合集成中的難點(diǎn)，也取得了許多成果，如圖1所示為一種無(wú)線可重構(gòu)多傳感器片上系統(tǒng)原理，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)多個(gè)生理參數(shù)，4種生化檢查中常用的傳感器（包括基于多晶硅納米線的蛋白質(zhì)傳感器、基于水凝膠的血糖傳感器、基于離子敏場(chǎng)效應(yīng)管的pH值傳感器以及基于帶隙基準(zhǔn)的溫度傳感器）被集成于同一芯片上。

為實(shí)現(xiàn)智能多傳感器的微型化，模擬電路部分采用可重構(gòu)的多傳感器接口、可編程增益放大器以及10位SAR ADC的結(jié)構(gòu)，顯著縮小了芯片面積。

此外，為實(shí)現(xiàn)智能傳感器的能量自給，2種能量收集方式被同時(shí)采用（包括砷化鎵太陽(yáng)能電池采集光能以及電磁耦合方式采集射頻能量），從而解決了醫(yī)療器件在長(zhǎng)期使用或植入應(yīng)用場(chǎng)景中，更換電池的問(wèn)題。

利用可重構(gòu)電路降低功耗以及使用能量收集方法延長(zhǎng)電池壽命，也已成為智能生化傳感器研究的熱點(diǎn)。

圖2為可重構(gòu)多傳感器片上系統(tǒng)顯微照，芯片采用 TSMC0.35 μm CMOS工藝以及必要的后道工藝制作，芯片面積為3 mm×3.75 mm，實(shí)測(cè)性能參數(shù)見(jiàn)表1。以上所述智能生化傳感器及其電子電路，仍使用以硅材料為主的硬質(zhì)電子材料制作。

隨著可穿戴傳感器的發(fā)展，傳感器直接接觸人體肌膚的部分，已逐漸使用輕質(zhì)柔性材料作為襯底，以消除器件穿戴的異物感。

可穿戴式傳感器具有診斷及監(jiān)測(cè)功能，可監(jiān)測(cè)包括生理、生化信號(hào)以及動(dòng)作感應(yīng) 。

生理、生化信號(hào)監(jiān)測(cè)有助于對(duì)神經(jīng)疾?。ㄈ绨d癇）、心血管疾?。ㄈ绺哐獕海?、肺部疾病（如哮喘）等進(jìn)行診斷，并對(duì)治療過(guò)程進(jìn)行不間斷的監(jiān)測(cè)。對(duì)重要生命體征（如心率及呼吸速度等）的不間斷監(jiān)測(cè)，可以為慢性疾病的早期診斷及臨床干預(yù)提供重要數(shù)據(jù)支持。

這一系列可穿戴傳感器的不斷推廣，也為未來(lái)遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷系統(tǒng)的建設(shè)提供了終端硬件基礎(chǔ)。

目前，可穿戴智能傳感器已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)上述多生理、生化參數(shù)的提取，傳感器及其外圍電路均可集成于輕質(zhì)柔性襯底，2016年國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議（ISSCC）展示了這一領(lǐng)域的最新研究成果。

一種新的血氧飽和度及生物電信號(hào)檢測(cè)傳感器系統(tǒng)如圖3所示，有機(jī)光電二極管（OLED）、有機(jī)光檢測(cè)器（OPD）、生物電信號(hào)電極、以及包含肢 體 通 信（body channel communica?tion，BCC）電路的片上系統(tǒng)，被混合集成于柔性PET襯底上，整體面積為2.5cm×5.5 cm，包含電池質(zhì)量為2 g，系統(tǒng)功耗為 141 μW。