特邀社论:《Cross Society 特刊》(2025年 IFETC 和 ISCAS)——关于柔性混合电子技术:用于可穿戴智能设备的下一代电路与系统

《IEEE Journal on Flexible Electronics》:Guest Editorial Cross Society Special Issue (2025 IFETC and ISCAS) on Flexible Hybrid Electronics: Next-Generation Circuits and Systems for Wearable Intelligence

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年04月30日 来源:IEEE Journal on Flexible Electronics CS3.4

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   本期《IEEE柔性电子杂志》是一期跨学会的特刊,收录了六篇论文。这些论文的简短版本曾在2025年IEEE国际柔性电子技术会议(IFETC)和2025年IEEE国际电路与系统研讨会(ISCAS)上发表,会议于2025年8月5日至9日在加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华的英属哥

  

本期《IEEE柔性电子杂志》是一期跨学会的特刊,收录了六篇论文。这些论文的简短版本曾在2025年IEEE国际柔性电子技术会议(IFETC)和2025年IEEE国际电路与系统研讨会(ISCAS)上发表,会议于2025年8月5日至9日在加拿大不列颠哥伦比亚省温哥华的英属哥伦比亚大学校园内举行。

随着对可穿戴健康监测设备、电子皮肤和人机接口需求的不断增长,对柔性形态和局部计算能力的需求也在增加,这标志着“可穿戴智能”时代的到来。本期特刊中的论文提出了一些创新,解决了柔性电子在可穿戴智能应用中的性能瓶颈问题,例如适应性健康监测设备、智能电子皮肤和智能人机接口 [A1]、[A2]、[A3]、[A4] 和 [A5]。这些创新涵盖了四个发展层面。在基础电路层面,Wang等人 [A2] 展示了稳定的低温多晶硅薄膜晶体管(LTPS-TFT)电压参考电路;Ranjan等人 [A3]、[A5] 则展示了超低功耗的单极逻辑门和算术逻辑单元(ALU)。在系统层面,Baerten等人 [A4] 展示了一种基于a-IGZO的复杂微处理器。在集成层面,Zulqarnain等人 [A1] 实现了柔性传感前端与生物信号处理集成电路的无缝集成。最后,在设计基础设施层面,Guo等人 [A6] 提出了一种与光刻工艺兼容的有机TFT(OTFT)平台,将可重复的设备制造、紧凑的建模和完整工艺设计套件(PDK)集成到了一个工作流程中。这些论文共同推动了可穿戴智能系统的发展。

以下是对这些论文的简要总结。

Zulqarnain等人 [A1] 提出了一种完全集成的八通道柔性混合电子(FHEs)眼电图(EOG)系统,展示了可穿戴智能的一个实例。该系统将功能分为柔性电子和刚性电子两部分:a-IGZO TFT前端负责采集生物信号并将其转换为电信号,而180纳米CMOS集成电路则负责信号处理和数字化。系统进一步从采集的数据中提取特征,并使用支持向量机监督学习分类器来检测眼球运动,平均分类准确率达到87.6%。这项工作展示了如何将机器学习技术应用于柔性可穿戴传感平台。

Wang等人 [A2] 提出了三种仅使用N型LTPS-TFT的电压参考电路,为柔性电子系统提供稳定的模拟偏置。通过生成负温度系数电流来补偿电压随绝对温度的变化,所提出的电路实现了34.03 ppm/°C的温度系数和-42.34 dB的电源抑制比。这些结果证明了在变化的环境条件下为柔性模拟电路生成稳定参考信号的可行性。

Ranjan等人 [A3] 提出了三种使用单极a-Si:H TFT的低功耗D触发器(DTFF、STFF-I和STFF-II),解决了电压摆幅有限和直通电流较大的问题。STFF-I的功耗降低了79.8%,而STFF-II在保持全摆幅操作的同时减少了延迟。DTFF通过自举辅助反馈进一步抑制了直通电流,与之前的设计相比,功耗降低了77%,功率延迟产品降低了69%,展示了柔性电子系统的紧凑和节能解决方案。

Baerten等人 [A4] 提出了针对IGZO TFT电路的数字设计技术,以实现更复杂的片上数字处理。通过应用时钟树合成(CTS)并使用结合高性能和低功耗单元的混合标准单元库,作者实现了8位MOS 6502微处理器的实现。这种IGZO-TFT微处理器的工作频率为295 kHz,同时功耗降低了三倍,凸显了在柔性基底上进行可扩展数字计算的潜力。

Ranjan等人 [A5] 提出了一种使用单极TFT技术的低功耗数字电路的全面设计方法。该工作引入了能够抑制直通电流的逻辑门和D触发器,实现了全摆幅输出,解决了单极器件的关键限制。在玻璃和柔性基底上的实验结果表明,功耗降低了55%以上,且在机械应力下性能几乎没有下降。还模拟了一个位串行ALU,显示出系统级功耗节省了高达45%,展示了柔性电子中高效数字处理的潜力。

Guo等人 [A6] 提出了一种基于三层介电堆栈的光刻兼容低电压OTFT平台,支持可扩展的电路设计。该平台的功能良率达到87%,器件特性具有高度可重复性。作者提取了一个校准后的Level-62 RPI多晶TFT紧凑模型,并建立了一个经过验证的PDK。利用这个PDK,他们展示了复杂逻辑电路(包括D触发器和全加器)的仿真和验证,实现了有机柔性电子的仿真驱动设计。

总体而言,这六篇论文通过稳定的模拟参考、节能的数字架构、可扩展的设计基础设施和混合集成策略,展示了向可穿戴智能发展的进展。特刊编辑感谢作者们的宝贵贡献以及审稿人的细致评估,这些评估有助于保持本期刊的高标准。我们还要感谢编辑委员会的支持,使这期特刊得以出版。

附录:相关文章

  1. M. Zulqarnain等人,“一种采用柔性a-IGZO TFT和180纳米CMOS集成电路的混合EOG系统”,IEEE柔性电子杂志,第5卷,第4期,第95-106页,2026年4月,doi: 10.1109/JFLEX.2026.3669472。

  2. C. Wang等人,“为柔性电子设计的仅N型LTPS-TFT电压参考电路”,IEEE柔性电子杂志,第5卷,第4期,第107-115页,2026年4月,doi: 10.1109/JFLEX.2026.3668761。

  3. S. Ranjan, C.-H. Lee, P. Gavirneni, W. S. Wong和M. Sachdev,“设计低功耗DFF的单极薄膜晶体管”,IEEE柔性电子杂志,第5卷,第4期,第116-126页,2026年4月,doi: 10.1109/JFLEX.2026.3658025。

  4. S. Baerten, Y. Nowicki, J. Biesmans和K. Myny,“IGZO基电路的数字设计技术”,IEEE柔性电子杂志,第5卷,第4期,第127-133页,2026年4月,doi: 10.1109/JFLEX.2026.3658022。

  5. S. Ranjan, C.-H. Lee, W. S. Wong和M. Sachdev,“用于柔性电子的低功耗单极TFT电路”,IEEE柔性电子杂志,第5卷,第4期,第134-144页,2026年4月,doi: 10.1109/JFLEX.2026.3659092。

  6. T. Guo, Y. Zheng, R. Wang, T. Yi和C. Jiang,“通过三层介电设计和PDK兼容的开发实现的光刻兼容低电压OTFT”,IEEE柔性电子杂志,第5卷,第4期,第145-202页,2026年4月,doi: 10.1109/JFLEX.2026.3658303。

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