基于粘性中介层的可重构多传感器贴片接口，具备片上量化的时域特征提取功能

《IEEE Journal of Solid-State Circuits》：An Adhesive Interposer-Based Reconfigurable Multi-Sensor Patch Interface With On-Chip Quantized Time-Domain Feature Extraction

提出一种基于粘合垫片的可重构多传感器贴片界面，集成芯片内量化时间域卷积神经网络（QTD-CNN）和一 shot二值神经网络（BNN），支持五类传感器前端（化学电阻、电化学、生物电位、生物阻抗、光电容积描记），具备宽动态范围和增益偏移补偿，原型在气体事件检测和心律失常诊断中分别达到91%和92%命中率。

　　

摘要：

本文介绍了一种基于粘合中间层的可重构多传感器贴片接口，该接口具有片上量化的时域特征提取功能，专为异构生理和环境监测而设计。所提出的贴片概念包括集成的微尺度结构，可实现基于压力的便捷重构，从而便于各种传感器元件的安装和拆卸。为了将边缘计算能力嵌入到使用传统微控制器的微型贴片设备中，其多传感器接口集成电路（IC）集成了片上模拟特征提取和分类引擎，这些引擎采用了量化时域卷积神经网络（QTD-CNN）和一次性计算二值神经网络（BNN）。该设计采用了1位过去数据量化、模拟归一化以及灵活的时间窗口方案，以最小化传统模拟引擎中的泄漏问题，并支持医疗和环境应用中的可重构操作。该接口IC包含五种类型的读出前端，分别用于化学电阻传感器、电化学传感器、生物电位、生物阻抗和光容积脉搏图，每种路径都设计了宽动态范围（DR）以及增益和偏移的补偿功能。基于粘合中间层的可重构贴片接口的系统级原型已经开发完成，在气体事件检测和心律失常检测中表现出色，命中率分别为91%和92%。

引言

异构传感器融合技术，包括医疗可穿戴设备和环境检测系统，一直受到持续研究，因为人类的身体状况受到有害环境因素的密切影响。最近的研究探索了环境和心血管信号的协同与综合分析。例如，分析空气污染与心血管疾病之间的关联有助于识别和预防这些疾病的原因[1]。在实际应用中，已经研究了臭氧浓度与心血管（CVD）疾病之间的关系[2]，并提出了同时测量和监测臭氧浓度和CVD以诊断疾病的方案[3]、[4]。另一种融合案例是考虑血糖浓度来提高心血管诊断的可靠性，如血压和心率[5]。这种对异构信号收集和分析日益增长的需求，需要各种适用于不同环境和用途的复杂可重构系统。为了实现这些系统，需要进一步研究异构传感器融合的核心方面，包括可重构设备结构、模拟前端（AFE）和处理算法。