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一种具有温度传感和阻抗增强技术的多模态电化学和阻抗光谱系统芯片。

A Multimodality Electrochemical and Impedance Spectroscopy System-on-a-Chip With Temperature Sensing and Impedance-Boosting Techniques.

出版信息

IEEE Trans Biomed Circuits Syst. 2023 Aug;17(4):857-871. doi: 10.1109/TBCAS.2023.3287835. Epub 2023 Oct 6.

Abstract

This article presents a multimodal electrochemical sensing system-on-chip (SoC), including the functions of cyclic voltammetry (CV), electrochemical impedance spectroscopy (EIS), and temperature sensing. CV readout circuitry achieves an adaptive readout current range of 145.5 dB through an automatic range adjustment and resolution scaling technique. EIS has an impedance resolution of 9.2 m Ω/√ Hz at a sweep frequency of 10 kHz and an output current of up to 120 μA. With an impedance boost mechanism, the maximum detectable load impedance is extended to 22.95 k Ω, while the total harmonic distortion is less than 1%. A resistor-based temperature sensor using a swing-boosted relaxation oscillator can achieve a resolution of 31 mK in 0-85 °C. The design is implemented in a 0.18 μm CMOS process. The total power consumption is 1 mW.

摘要

本文提出了一种多模态电化学传感系统芯片(SoC),包括循环伏安法(CV)、电化学阻抗谱(EIS)和温度传感功能。CV 读取电路通过自动量程调整和分辨率缩放技术实现了 145.5dB 的自适应读取电流范围。EIS 在 10 kHz 的扫频频率和高达 120μA 的输出电流下具有 9.2mΩ/√Hz 的阻抗分辨率。通过阻抗提升机制,最大可检测负载阻抗扩展至 22.95kΩ,而总谐波失真小于 1%。采用摆幅增强型弛豫振荡器的基于电阻器的温度传感器可在 0-85°C 范围内实现 31mK 的分辨率。该设计采用 0.18μm CMOS 工艺实现,总功耗为 1mW。

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