CN105405842B - 自供电和电池辅助的cmos无线生物传感ic平台 - Google Patents

自供电和电池辅助的cmos无线生物传感ic平台 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可自动配置的生物传感处理器芯片，其可以支持各种生物传感器。连接有生物受体用作特定生物分子的纳米线、ECG和SPO2生物传感器驱动模拟电压或电流到生物传感处理器芯片的模拟输入。这些模拟输入被分成三组。输入传感检测器/解码器检测到哪些模拟输入是有效的，并配置模数转换器，将第一组输入转换成12数字位，将第二组输入转换成16数字位，以及将第三组输入转换成20数字位。模拟前端绕过第一组输入，但是放大和滤波第二和第三组输入。通用异步收发器使用NFC或Wifi发射器发送被转换的数字值到一个靠近的外部设备。当检测到没有电池时，从来自外部设备的NFC信号中收集能量，进行单次测量。

Description

自供电和电池辅助的CMOS无线生物传感IC平台
技术领域
本发明涉及可穿戴计算，特别涉及可配置的生物传感芯片。
背景技术
半导体技术的发展，已经使一个非常大的、复杂的计算系统集成到一个非常小的集成电路(IC)上成为可能。随着功耗的减少，电源电压也有所降低，从而使这些IC可以由电池供电，甚至通过从附近的发射源(如近场通信(NFC)或射频识别(RFID)发射器)收集能量而自供电。
可以使用RF信号的感应耦合来收集能量。RFID标签和读写器之间的距离(范围)被限制为约3米。近场通信(NFC)设备则特意限制至20厘米以提高安全性。用户需要将他们的具有NFC功能的设备(如智能手机)几乎触碰到NFC读取器来验证NFC交易。
最近，已经开发出蓝牙低功耗(BLE)标签，以及蓝牙4.0协议。和无源RFID标签不同，BLE标签会由一个低能量源供电。苹果公司已经进一步增强BLE标签来创建iBeacon。iBeacon是使用低能量源(诸如电池)供电的，因此有足够的能量而周期性地或连续地广播一个信息包到附近设备。范围可以大到100米，但可以通过降低广播功率而减小范围。广播信息包从iBeacon/BLE标签推送到附近设备，而无源RFID标签则通过由RFID读取器供电以读出数据。RFID、BLE和NFC可以共存，因为每个都各有优点和缺点，适合不同的应用。
设备的缩小化和能源的高效率已经使可穿戴计算成为可能。集成电路装置可通过胶带穿在衣物内或附着在人的皮肤上。有些是可丢弃性的，因为使用卫生。各种生物传感器可附连到集成电路上，使得人的各种生理指标可以随时被检测到，如心率、体温、和呼吸。化学传感器可以检测特定的生化指标，如DNA标记、血糖、或各种气体。有些传感器是一次性的，当靠近射频发射器时，做一次性测量，没有电池供电。有些传感器则因为电池供电可以连续工作。有些使用NFC，有些则使用RFID或BLE通信标准。
图1显示纳米线(nano-wire)生物传感器。纳米技术已经应用于特定的生物传感器。由半导体制造工艺在硅衬底102上制成纳米线110。二氧化硅(玻璃)层104和氮化硅Si3N4层106生长或沉积在硅衬底102上。
纳米线110可以是薄的多晶硅层，连接于源极114和漏极112之间。壁116上有一个开口给纳米线110，以允许周围的化学物诸如分析物(analytes)120接触到纳米线110。化学受体(Chemical receptors)118被键合到纳米线110上。当分析物120键合到受体118上时，电子移出或移入纳米线110，从而减少或增加纳米线110内的自由载流子。当分析物120与受体118键合时，纳米线110的有效电阻因而改变。这种键合可以是弱化学键或其它种类的物理接合，当漏极112和源极114之间有电流时，分析物120出现时的电阻变化可被测量出来。硅衬底102充当栅极，用以偏压纳米线110。
通过选择化学受体118，纳米传感器130可以感测各种特定的化学物，包括大分子生化(large bio-chemicals)。可以将四条纳米线110布置成电源和地之间的桥式网络，从中间节点有两个差分传感器输出。桥式网络中四条纳米线的其中两条可以暴露于环境及任何分析物120，而另两条纳米线则被密封并防止暴露于分析物120。这种桥式纳米线网络是特别敏感的。
已经研发出了令人眼花缭乱的各种专有IC器件，用于多种生物传感器。在医院的患者可能需要接线几十个传感器，每个感测不同的生物功能或生化指标，使用许多不同种类的计算IC器件。这些IC器件经常彼此不兼容，即使执行的功能是相似的。这种功能的冗余不仅仅是浪费，而且对于缠绕有几十种传感器的病人来说，这既笨重且不舒服，使得简单的动作如在床上翻身都很困难。
将来，随着生物传感器种类的数量扩大，医院病人可能会感觉自己像机器的一部分，因为几十种不同可穿戴式传感器和计算设备都连接在身上。一些传感器可能需要非常精确的多比特数据转换和处理，而一些传感器则可能只需要较不密集的数据转换和处理。一些传感器可能需要连续监测和电池电源，而另一些则感测频率不高，并且可能使用能量收集来支持运行，以避免使用电池或其它电源。一些传感器设备可以无线通讯，而另一些则需要大量的线缆。
期望有一种在同一时间测量几种生物标志的多传感器。能够感测多个生物指标是有优势的，因为测量结果的组合可以更好地指示患者病情的变化。随着生命体征的变化，某些化学标记的出现可以让医务人员更快地诊断病人。可抛弃型IC传感器可以立即给出报告结果，而不必等待实验室检验。从患者抽取的血液量可以显着地减少或无需抽血，这可以减低病人因失血而感到疲劳。多传感器还具有减少冗余的优点，因为几个生物传感器可以共用电路。冗余电路不只是浪费金钱，而且增加患者需要穿戴的电路和电线。
期望有一种可重新配置的生物传感计算装置。期望有一种可以从不同种类生物传感器接收输入并自动进行配置的生物传感芯片。期望有一种多输入、可重新配置的生物传感IC芯片。期望有一种多用途计算平台支持多种类型的生物传感器。期望有一种多输入生物传感器计算平台以从多个传感器而不是只从一个单一传感器读取输入，并在多个生物传感器中共享计算资源和通信带宽。期望有一种既能使用电池电源又能从RF感应耦合进行能量收集的可重新配置的生物传感计算装置。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种生物传感处理器芯片，包括：
多个模拟输入，其接收生物传感器所产生的模拟信号，所述生物传感器是感应生物功能或分子的；
所述多个模拟输入中的第一组模拟输入，所述第一组模拟输入接收的模拟信号代表粗分辨率测量；
所述多个模拟输入中的第二组模拟输入，所述第二组模拟输入接收的模拟信号代表平均分辨率测量；
所述多个模拟输入中的第三组模拟输入，所述第三组模拟输入接收的模拟信号代表精细分辨率测量；
输入传感检测器/解码器，其检测所述多个模拟输入里的连接输入，连接到生物传感器的所述连接输入产生一个模拟信号，所述输入传感检测器/解码器随后在所述多个模拟输入里选择一个当前连接输入进行转换；
模拟前端AFE，其对所述当前连接输入进行放大和滤波，以产生一个预处理的模拟信号；
模数转换器ADC，其将所述预处理的模拟信号转换成一个数字值，其中对于所述第三组模拟输入来说，较高精度的数字值比所述第一组模拟输入具有更多的数字位；
微控制器，其从所述ADC接收数字值，并将所述数字值格式化用作无线传输；和
无线发射器，其无线发射由所述微控制器格式化的数字值；
其中模拟输入是自动检测的。
一种可自动配置的生物传感系统，包括：
生物传感处理器，其有第一模拟输入、第二模拟输入、和第三模拟输入，所述生物传感处理器包括：
输入检测器，其检测生物传感器何时连接到所述第一模拟输入、所述第二模拟输入、或所述第三模拟输入；
模数转换器ADC，其将一个ADC模拟输入转换成一个数字值，其中所述数字值有L、N、或M位的精度，其中L、M、和N是整数，N至少是20，L不小于12，M介于L和N之间；
模拟前端AFE，其放大并滤波一个AFE输入以产生一个AFE输出；
通用异步收发器UART，其将所述ADC的所述数字值格式化用作无线传输；
近场无线收发器，用于发送被格式化的数字值到一个外部设备，并从所述外部设备接收信息；
其中所述外部设备非常靠近所述近场无线收发器，用于近场能量收集，其中收集的电源电压是由所述外部设备的所述信息产生的；
电源控制器，其检测外部电源何时可用，如果检测到有外置电源，其连接所述外部电源以提供功率给所述ADC、AFE和UART，如果没有检测到外部电源，其连接所述收集的电源电压以提供功率给所述ADC、AFE和UART；和
微控制器，其从所述输入检测器接收输入配置信息，所述微控制器激活所述ADC以将所述第一模拟输入转换成L位数字值、将所述第二模拟输入转换成M位数字值、以及将所述第三模拟输入转换成N位数字值；
其中，当一个来自所述第三模拟输入的模拟信号被连接到所述AFE输入时，所述微控制器让所述AFE输出去驱动所述ADC模拟输入；
由此，对于所述输入检测器检测到的不同模拟输入，所述微控制器调整所述ADC的分辨率。
一种生物传感处理器集成电路IC，包括：
第一输入装置，用于从具有较低精度的第一生物传感器接收模拟输入；
第二输入装置，用于从具有中间精度的第二生物传感器接收模拟输入；
第三输入装置，用于从具有较高精度的第三生物传感器接收模拟输入；
输入传感检测器装置，用来检测接地输入没有被连接到一个生物传感器，并用来检测在所述第一输入装置、所述第二输入装置和所述第三输入装置是否连接有一个生物传感器的有效输入；
输入传感解码器装置，用来将从所述第一输入装置、所述第二输入装置和所述第三输入装置里检测出的有效输入选择作为一个当前模拟输入；
模拟前端AFE装置，用于将由所述输入检测解码器装置选择的当前模拟输入进行放大和滤波，以产生一个滤波的模拟信号；
旁路装置，当当前模拟输入是在所述第一输入装置内时，其用于不放大且不滤波所述当前模拟输入；
模数转换器装置，用于将所述滤波模拟信号转换成一个具有X有效位的数字值，其中当当前模拟输入是在所述第一输入装置内时X不小于12，其中当当前模拟输入是在所述第三输入装置内时X至少是20，而其中当当前模拟输入是在第二输入装置内时X是介于12和20之间；
通用异步收发器UART装置，用于将所述数字值格式化成一个传输信息包；
近场通信NFC传输装置，用于发送所述传输信息包到一个外部设备；
近场通信NFC接收器装置，用于接收所述外部设备的信息；
能量收集装置，其通过从所述外部设备接收的信息中汲取能量，产生一个收集的电源电压；
外部电池检测装置，用于检测外部电池或电源，并在检测到有外部电池或电源时发送一个电池模式信号；
电源开关装置，当检测到没有外部电池或电源时，其使用收集的电源电压对所述模数转换器装置、所述UART装置和所述AFE装置进行供电；和
微控制器装置，当检测到没有外部电池或电源时，其对在所述第一输入装置、所述第二输入装置和所述第三输入装置里检测出的有效输入内的每个当前模拟输入仅转换一次。
本发明可以获得诸多优点，其提供可自动配置的生物传感处理器芯片、生物传感系统及IC，可以支持各种生物传感器。下面将通过实施例进行进一步说明。
附图说明
图1显示一个纳米线生物传感器。
图2显示一个生物传感处理器芯片。
图3显示一个外部电池功率检测器。
图4显示被设置成自供电疾病检测器的生物传感处理器芯片。
图5显示被设置成自供电心脏病或中风检测器的生物传感处理器芯片。
图6显示被设置成生命体征监护仪的生物传感处理器芯片。
图7是生物传感处理器芯片的总体运作流程图。
图8显示一个电源管理控制流程。
图9是一个ADC分辨率选择程序的流程图。
图10是一个通信设置程序的流程图。
图11是一个数据处理程序的流程图。
具体实施方式
本发明涉及改进的可设置的生物传感集成电路(IC)。以下描述使本领域技术人员能够依照特定应用及其要求制作和使用在此提供的本发明。所属领域的技术人员会明白对优选实施例的各种修改，且本文所界定的一般原理可应用于其它实施例。因此，本发明不限于所展示和描述的特定实施例，而是应被赋予与本文所揭示的原理和新颖特征一致的最广范围。
发明人认识到，和微处理器使多种计算应用加速发展一样，生物传感的通用装置可以使生物传感计算领域发生变革。微处理器具有通用的硬件和专门的软件。生物传感处理器使用专门的生物传感器硬件，但可以使用通用软件。
虽然这类通用生物传感处理器可以由固件来配置，但是本发明人认识到，根据到生物传感处理器芯片的传感器输入，生物传感的独特性可以考虑自动配置。生物传感提供模拟输入到生物传感处理器芯片。这些模拟输入具有不同的灵敏度，这取决于生物传感器。一些生物传感器，如用于测量温度的生物传感器，会产生一个模拟电压，当转换时其需要相对较少的数字位，而其他的生物传感器，如用于心电图(ECG)的生物传感器，则是非常精确的模拟电压，其需要更多的数字位以保持模拟电压的精度。
图2显示一个生物传感处理器芯片。发明人研发出了一个生物传感处理器芯片，其有多个来自各种不同生物传感器的模拟输入。芯片输入分成三组。每组有不同的灵敏度或分辨率。粗糙生物传感器130连接到第一组输入IN1，以连接输入传感检测器/解码器44。这些传感器的精度不高，其模拟信号被模数转换器ADC 42转换成12位数字值。而且，放大和预处理这些粗模拟信号是不需要的，所以旁路开关50闭合以绕过模拟前端AFE40。
精细生物传感器130更敏感，产生更精细的模拟信号。精细生物传感器130连接到第三组输入IN3，以连接输入传感检测器/解码器44。这些生物传感器具有较高的精度，其模拟信号被模数转换器ADC 42转换成更精细的20位数字值。在ADC 42进行转换之前，由AFE40放大和预处理能够改善模拟信号质量。对第二组和第三组输入IN2、IN3，旁路开关50是断开的。
输入传感检测器/解码器44还接收第二组输入IN2。当输入传感检测器/解码器44检测到IN2是有效输入(输入未接地并有一个变化的模拟电压)时，IN2输入就被周期性采样，并施加到AFE 40里的放大器36上。放大器36有一个初始放大器和一个可编程增益放大器，并驱动低通滤波器38。然后，来自AFE 40的放大和滤波后的模拟信号被ADC 42转换成一个16位数字值(对于IN2输入)。模拟信号可以是感应的电压或电流。
输入传感检测器/解码器44能够检测哪个模拟输入是有效的，哪个是接地的，并将哪个输入以及哪个组输入是有效的报告给微控制器30。微控制器对每个检测的模拟信号进行采样，一次一个，然后激活输入传感检测器/解码器44以选择其中一个有效输入，并将其施加到AFE 40。AFE控制器26设置ADC 42以进行合适数目位的转换。对第一组输入，旁路开关50闭合以绕过AFE 40。一旦一个来自输入传感检测器/解码器44的模拟输入被转换，并被微控制器30存储，那么就处理下一个来自输入传感检测器/解码器44的模拟输入，直到所有模拟信号都被采样、转换和存储。然后，微控制器30继续循环，对所有有效输入再次进行采样和转换。
根据到输入传感检测器/解码器44的哪些模拟输入是有效的，生物传感处理器芯片100自动进行配置。无效输入被系统设计者接地。系统设计者仅将特定生物传感器130连接到其中一组输入IN1、IN2、IN3，这取决于生物传感器130的精度级。不需要特定生物传感器的专门固件或软件，虽然也可以使用。
由ADC 42发送到微控制器30的转换的样本可以存储在本地存储器内(图中未显示)，然后使用通用异步收发器UART 24片外(off-chip)发送，其将来自ADC 42的数字样本值格式化成一个串行流，由BLE/Wifi发射器46或NFC发射器52发送到外部设备60。时钟模块28产生一个时钟到UART 24和其它部件以进行同步传送和操作。
外部设备60的命令通过使用NFC协议被无线发送到NFC接收器54。当NFC接收器54接收来自天线的数据时，天线开关58将NFC发射器52与天线隔离开。外部设备60的命令也可以通过使用BLE或Wifi协议被无线发送到BLE接收器48。当BLE接收器48接收来自天线的数据时，天线开关62将BLE发射器46与天线隔离开。参数控制器32存储NFC接收器的模拟参数，如TX/RX增益控制、滤波调整、电荷泵电平控制等，并相应地设置信息。
外部电源检测器34检测外部电池或电源何时被连接。当外部电源56出现时，外部电源检测器34激活电源开关控制器22以从外部电源56对生物传感处理器芯片100的所有模块进行供电。这是电池模式。但是，当没有外部电源56时，生物传感处理器芯片100则以自供电模式运行。当外部设备60近在咫尺并使用NFC进行发射时，电源管理和能量收集器20能够从NFC接收器54接收到的NFC发射产生一个电源电压。这种自发电电源产生的电力仅足够执行一次测量或单次测量，其中到输入传感检测器/解码器44的模拟输入仅被转换成数字值一次，接着每个模拟输入的一个数字值被发送到外部设备60，然后移开外部设备60。
电源管理和能量收集器20可以通过关闭未在使用中的某些模块来控制功耗。例如，当连接一个Wifi设备且BLE发射器46和BLE接收器48连接到一个长距离外部设备60时，电源管理和能量收集器20就关闭NFC发射器52和NFC接收器54以节省电力。
图3显示一个外部电池功率检测器。外部电源检测器34(图2)可以使用比较器140来确定是否有外部电源56。连接到外部电源56的VDD垫的电压EXT_VDD，与内部VDD电压INT_VDD进行比较。当外部电池出现，被作为外部电源56时，EXT_VDD的电压高于INT_VDD，因此比较器140驱动EXT_VDD_DETECT至高，表示已经检测到外部电源56。然后，电源管理和能量收集器20关闭NFC信号的能量收集，进入电池模式。
当没有外部电池时，EXT_VDD被接地，或处于一个很低的电压。内部VDD将使用从NFC接收器收集的能量，因此INT_VDD高于接地电压。比较器140驱动EXT_VDD_DETECT至低，使电源管理和能量收集器20持续收集NFC能量以驱动内部VDD。生物传感处理器芯片100使用自供电模式。
图4显示生物传感处理器芯片被设置成自供电疾病检测器。生物传感器130是纳米检测器，其检测一种或多种疾病的各种蛋白质和标志物(marker)。例如，有5种不同的标志物可以被用来检测自体免疫1型糖尿病。这些标志物包括血糖(Glucose)、胰岛细胞胞浆抗体(Islet Cell Cytoplasmic Autoantibodies，ICA)、谷氨酸脱羧酶抗体(Glutamic AcidDecarboxylase Autoantibodies，GADA)、蛋白酪氨酸磷酸酶抗体(Insulinoma-Associated-2Autoantibodies，IA-2A)、和胰岛素自身抗体(Insulin Autoantibodies，IAA)。在此例子里，5个生物传感器130连接到第2组IN2的5个输入。其它组输入IN1、IN3被接地。输入传感检测器/解码器44检测到第2组的5个输入是有效的，并通知微控制器30。AFE控制器26设置ADC 42执行模拟样本的16位转换。AFE 40被激活，AFE旁路开关50断开。
外部电源检测器34确定没有外部电源56，所以电池模式不可用。能量从NFC接收器54接收的来自外部设备60的NFC信号中收集。电源管理和能量收集器20在自供电模式期间对BLE发射器46和BLE接收器48断电。
NFC能量需要累积并存储一段时间，例如通过功率电容器(图中未显示)。一旦收集到足够的能量，微控制器30就激活AFE 40和ADC 42，将来自生物传感其130的5个模拟输入进行转换。然后，UART 24可以将这些样本转换成一个数字流，通过NFC发射器52发送到外部设备60。一旦外部设备60接收到所有5个样本的5个数字值，外部设备60就被移开，使生物传感处理器芯片100动力损失，然后掉电。
在此应用里，生物传感控制器芯片100被用来测量几种不同的疾病标志物或化学物。生物传感处理器芯片100和生物传感器130可以贴在可丢弃的或可穿戴的布罩上。无需电池，因为功率可以从外部设备60的NFC辐射中收集。因为同时测试多种标志物，而外部设备60靠近生物传感处理器芯片100，疾病检测得以增强。与仅测量一个或两个标志物相比，出现3个、4个或5个标志物的组合提高了疾病诊断的精确度。对于样本被送到实验室进行传统实验室测试，不会有任何延迟。相反，一旦生物传感器130的模拟测量值被转换成数字，并由生物传感处理器芯片100发出，通过外部设备60上运行的软件可以立即显示检测结果。
图5显示生物传感处理器芯片被设置成自供电心肌梗塞或中风检测器。生物传感器130是一个纳米检测器，其检测肌钙蛋白I，而生物传感器131检测肌酸激酶(CK-MB)。这两个都是由心肌梗塞或中风引起的心肌损伤的标志物。肌钙蛋白是一个非常敏感的指标，但与CK-MB一起确认能够提高诊断的信心。
ECG 64是测量心电信号的传感器。这些是随时间变化的电信号，需要更高的精度，ECG 64连接到第3组IN3模拟输入，而生物传感器130、131连接到第2组模拟输入IN2。第1组输入IN1被接地。
输入传感检测器/解码器44检测到第2组有2个输入是有效的，第3组有1个输入是有效的，通知微控制器30。当生物传感器130、131被采样时，AFE控制器26设置ADC 42进行模拟样本的16位转换。AFE 40被激活，AFE旁路开关50断开。当ECG 64被采样时，AFE控制器26设置ADC 42进行模拟ECG样本的20位转换。AFE 40仍然被激活，AFE旁路开关50仍然断开。
外部电源检测器34确定没有外部电源56，电池模式不可用。能量从NFC接收器54接收的来自外置设备60的NFC信号中收集。电源管理和能量收集器20在自供电模式期间对BLE发射器46和BLE接收器48断电。
一旦收集到足够的能量，微控制器30激活AFE 40和ADC 42，将来自生物传感器130、131和ECG 64的模拟输入进行转换。UART 24将这些样本转换成一个数字流，通过NFC发射器52发送到外部设备60。一旦外部设备60接收到所有3个数字值，外部设备60就可移开，使生物传感处理器芯片100动力损失，然后掉电。但是，护士或技师可保持外部设备60靠近更长一段时间以获得更多ECG 64样本，从而这些样本可以在几个心跳时间周期内以图形显示。
在此应用里，生物传感处理器芯片100被用来测量两个不同的心脏疾病标志物以及心电图ECG。生物传感处理器芯片100、生物传感器130、131和ECG 64可以固定在一个可丢弃的或可穿戴的布罩上。无需电池，因为电力可以从外部设备60的NFC辐射中收集。因为外部设备60靠近生物传感处理器芯片100测试心电图ECG，并且同时测试多个标志物，这能改善心脏疾病检测。与仅检测ECG相比，两个生物标志物的组合能够提高疾病诊断的精确度。及早精确地检测心脏病或中风对病人非常关键，因为发病率会随时间增加而增长，直至治疗控制。
图6显示生物传感处理器芯片被设置为生命体征监护仪。温度监控器66连接到第1组输入IN1，而ECG 64和SPO2监控器68连接到第3组模拟输入IN3，第2组输入IN2被接地。SPO2监控器68测量末梢毛细血管血氧饱和度和血液里的氧气。
输入传感检测器/解码器44检测到第3组两个输入是有效的，第1组一个输入是有效的，并通知微控制器30。当采样温度监控器66时，AFE控制器26设置ADC 42进行模拟样本的12位转换。关闭AFE 40，AFE旁路开关50闭合以绕过AFE 40。当采样ECG 64或SPO2监控器68时，AFE控制器26设置ADC 42进行ECG或SPO2模拟样本的20位转换。AFE 40被激活，AFE旁路开关50断开。
生命体征通常要持续监控，所以需要电池。外部电源检测器34确定有外部电源56存在，就发送电池模式的信号。电源管理和能量收集器20关闭能量收集。
微控制器30周期性地激活AFE 40和ADC 42，将来自温度监控器66、ECG 64、和SPO2监控器68的模拟输入进行转换。UART 24将这些样本转换成一个数字流，通过NFC发射器52发送到外部设备60。一旦外部设备60已经与生物传感处理器芯片配对，外部设备60可以被移走得远远的，然后使用BLE发射器46和BLE接收器48。电源管理和能量收集器20对NFC发射器52和NFC接收器54断电。
在此应用里，生物传感处理器芯片100被用来持续测量3个生命体征。生物传感处理器芯片100、电池、温度监控器66、ECG 64、和SPO2监控器68可放置在一个可丢弃的或可穿戴布罩上，或者如果监控器不在同一处设置，监控器也可以与生物传感处理器芯片100有线连接。
图7是生物传感处理器芯片的总体运作流程图(图7-图11中标记Y均表示判断结果为“是”，标记N均表示判断结果为“否”)。当初始化时或施加电力时，在步骤202监测到电源。电源管理控制流程220被激活，如图8详细所示。
生物传感处理器芯片根据哪些模拟输入是有效的进行自动设置。输入通道设置204激活输入组别连接控制程序238，以检测哪些输入是有效的，哪些是无效的或者是接地的。关于三组中哪些模拟输入是有效的这样一个报告被送达微控制器。
在步骤206，对于具有有效输入的每个组别，进行设置ADC。调用ADC分辨率选择程序240(图9)。
使用通信程序260，设置到外部设备60的通信信道，如图10所示。
至此，生物传感处理器芯片已经准备好对其模拟输入进行采样。在采样步骤210，每个有效模拟输入都被采样，并被转换成一个数字值，直到所有输入被采样完毕，如步骤212。使用数据处理程序280，数字值被发送到外部设备，如图11所示。
当处于自供电模式时，只可以执行一组测量。但是，如果使用电池，或已经收集到足够能量，也可以开启另一轮采样，如步骤214。如果需要，重新设置信道，重新设置ADC分辨率，以及重新调整与外部设备的通信，如步骤204、206、260，然后再进行下一次采样，如步骤210。
当外部设备被移走时，又没有使用电池，那么生物传感处理器芯片动力损失，等待直到功率被再次收集，程序再次开启。
图8是一个电源管理控制程序的流程图。电源管理控制程序220上电启动。在步骤222，当检测到没有NFC信号时，那么外部设备60不在附近，从而不能报告结果。在步骤222一旦检测到一个NFC信号，那么在步骤224，外部电源检测器34检查VDD垫电压以确定是否有外部电池或其他电源。外部电源检测器34会多次检查外部VDD电压以确保有一个稳定电压存在。
在步骤224，当检测到没有外部电源时，在步骤226，生物传感处理器芯片被设置成自供电模式。能量收集电路被启动，以从NFC辐射中收集能量对生物传感处理器芯片进行供电。收集的能量仅能进行一组测量(单次)。
在步骤224，当检测到有一个稳定的外部电源时，在步骤228，关闭能量收集电路。在步骤230，生物传感处理器芯片被设置成电池模式。因此能够持续监控模拟输入。
图9是一个ADC分辨率选择程序的流程图。在每次上电时都执行ADC分辨率选择程序240，然后才对模拟输入进行采样。在步骤242，如果输入传感检测器/解码器44确定第1组至少有一个IN1输入未被接地，那么在步骤244，ADC 42被设置成12位转换，且当第1组输入被采样并被转换时，AFE旁路开关50闭合以绕过AFE 40。
在步骤246，如果输入传感检测器/解码器44确定第2组至少有一个IN2输入未被接地，那么在步骤248，ADC 42被设置成16位转换，且当第2组输入被采样并被转换时，AFE旁路开关50断开且AFE 40开启。
在步骤250，如果输入传感检测器/解码器44确定第3组至少有一个IN3输入未被接地，那么在步骤252，ADC 42被设置成20位转换，且当第3组输入被采样并被转换时，AFE旁路开关50断开且AFE 40开启。
图10是一个通信设置程序的流程图。在电源接通后或当通信参数改变时，执行通信程序260。在步骤262，如果外部电源检测器34确定没有外部电池或电源，那么在步骤264，NFC被设置成通信源，因为生物传感处理器芯片需要以自供电模式运行，并依赖于NFC辐射以便进行能量收集。由于电力有线，仅能进行一组测量、转换和传输(单次)。
在步骤262，如果检测到外部电池，那么在步骤266，开启NFC收发器用以设备配对。由于使用电池，在步骤268，生物传感处理器芯片被设置进行持续监控。
BLE接收器48被激活以搜索外部设备60的Wifi信号。当捕获到一个Wifi信号时，在步骤270，BLE发射器46尝试与外部设备60进行配对。在步骤272，一旦配对成功，那么步骤274，关闭NFC发射器52和NFC接收器54以节省电力。在步骤276，BLE/Wifi被选择作为外部设备60的通信信道。
图11是一个数据处理程序的流程图。当一个模拟信号已经被转换并被发送到UART24时，调用数据处理程序280。在步骤282，如果NFC被设置成通信源，那么在步骤288，UART24将转换的数字值，以及来自UART 24的比特流里任何增加的格式、标头或校验写入到NFC发射器52的一个传输缓冲器中。然后在步骤290，激活NFC发射器52以发送其缓冲器中的数据给外部设备。
在步骤282，如果NFC未被设置成通信源时，那么在步骤284，UART24将转换的数字值，以及来自UART 24的比特流里任何增加的格式、标头或校验写入到BLE/Wifi发射器46的一个传输缓冲器中。然后步骤286，激活BLE/Wifi发射器46以发送其缓冲器中的数据给外部设备。
其他实施例
发明人还提供了几个其他实施例。例如各种通信协议和标准可以用于近场和远场无线通信。如图7-11所示的过程可以通过微控制器30使用硬件门、固件程序、专用通信处理器和控制器、UART等来执行。一些步骤可以与其它步骤同时执行，或者可以改变和调整次序。管道线式步骤也是可能的。
也可以增加其他信道。每组模拟输入的数量可以固定，如每组3个模拟输入、每组5个模拟输入等，或每组模拟输入的数量也可以是可配置的。模拟输入可以是一个单端输入，或每个是一个差分输入。电压或电流传感可用于模拟输入。当不处于节电模式时，电源管理也可以切断一些模块的电源，也可以降低不同模块的内部供电电压，或降低时钟率以保留能量。
可以在不同点上添加锁存器、触发器、寄存器、以及采样和保持电路以存储数字值或模拟电压或电荷。可以使用多种ADC，如闪存转换器、开关电容转换器、逐次逼近转换器、Σ-Δ转换器、增量转换器等。被转换数字位的数目可以和所示例的3组不同。可以多过3组输入，或只有2组输入。对不同组输入，可以调整PGA的增益，滤波器也可以。可以使用其它种类的放大器和滤波器用于AFE 40，如跨阻抗放大器、仪表放大器等。
例如当能量收集有限时，可以对模拟输入的转换进行优先排序。一些模拟输入可以比其它模拟输入获得更高速率的采样和转换。电源管理和能量收集器20也可以包括上电复位电路、参考电路、和各种比较器或放大器。电荷泵、稳压器、参考电路、电压限幅器、和模拟比较器也可以集成到本系统里。可以降低NFC发射器52或在BLE/Wifi发射器46的发射功率以节省能量。
生物传感处理器芯片可以包括一个或多个生物传感器130在同一衬底或多芯片封装内。生物传感设备可以是可穿戴的、一次性的、皮下植入性的、贴在皮肤上的、放置在弹性绷带上的、或使用许多其它可能的安装物。使用该生物传感处理器芯片，使用该电池或自供电能量收集，可以开发出具有多个传感器组合的多种监控器。
尽管已经描述了一种移动或外部设备如智能电话，但其它类型的移动设备也可以替换，如智能手表、可穿戴电脑、平板电脑、汽车电脑和网络设备、其它智能通信设备。协议也可以增强。功能可以在不同层的软件或固件上实施。生物传感处理器芯片和外部设备之间传递的信息可以发送到主机或后端服务器或网站。
UART 24可以支持多种传输协议，如内置集成电路(I2C)、串行外围接口(SPI)等。图7-11的程序可以由生物传感处理器芯片100的微控制器30、外部电源检测器34、以及其他硬件组件执行。无线发射器和接收器可被合并成为一个收发器。生物传感处理器芯片100可以与一个标准互补金属氧化物半导体(CMOS)过程、或CMOS过程的变种、或其它过程来制作。
本发明背景技术部分可含有关于本发明的问题或环境的背景信息而非其他人描述的现有技术。因此，在背景技术部分中包括的材料并不是申请人承认的现有技术。
本文中所描述的任何方法或过程为机器实施或计算机实施的，且既定由机器、计算机或其它装置执行且不希望在没有此类机器辅助的情况下单独由人类执行。所产生的有形结果可包括在例如计算机监视器、投影装置、音频产生装置和相关媒体装置等显示装置上的报告或其它机器产生的显示，且可包括也为机器产生的硬拷贝打印输出。其它机器的计算机控制为另一有形结果。
任何描述的优点和好处可能并不适用于本发明的所有实施例。通常在词语“装置”之前有一个或多个词语。这个在词“装置”之前的词语是方便引用权利要求要素，而不是意在传达一个结构性的限制。这种装置加功能的权利要求意在不仅覆盖本文描述的用于执行所述功能和其结构等同的结构，而且也覆盖等同结构。例如，尽管钉子和螺丝钉具有不同的结构，但它们是等同结构，因为它们两者都执行紧固的功能。信号是通常的电子信号，但也可以是光信号，例如可通过光纤承载。
已出于说明和描述的目的呈现了对本发明实施例的先前描述。其不希望为详尽的或将本发明限于所揭示的精确形式。鉴于以上教示，许多修改和变型是可能的。希望本发明的范围不受此详细描述限制，而是由所附权利要求书限制。

Claims (18)

1.一种生物传感处理器芯片，其特征在于，包括：
多个模拟输入，其接收生物传感器所产生的模拟信号，所述生物传感器是感应生物功能或分子的；
所述多个模拟输入中的第一组模拟输入，所述第一组模拟输入接收的模拟信号代表粗分辨率测量；
所述多个模拟输入中的第二组模拟输入，所述第二组模拟输入接收的模拟信号代表平均分辨率测量；
所述多个模拟输入中的第三组模拟输入，所述第三组模拟输入接收的模拟信号代表精细分辨率测量；
输入传感检测器/解码器，其检测所述多个模拟输入里的连接输入是否是连接生物传感器的有效输入，连接到生物传感器的所述连接输入产生一个模拟信号，所述输入传感检测器/解码器随后在所述多个模拟输入里选择一个当前连接输入，以供放大并滤波，再进行合适数字位的ADC转换；以此方式，每个有效模拟输入都被采样，并被转换成一个数字值，直到所有有效模拟输入被采样完毕；
模拟前端AFE，其对所述当前连接输入进行放大和滤波，以产生一个预处理的模拟信号；
模数转换器ADC，其将所述预处理的模拟信号转换成一个数字值，其中对于所述第三组模拟输入来说，较高精度的数字值比所述第一组模拟输入具有更多的数字位；
微控制器，其从所述ADC接收数字值，并将所述数字值格式化用作无线传输；和
无线发射器，其无线发射由所述微控制器格式化的数字值；
其中模拟输入是自动检测的；
旁路开关，其连接绕过所述AFE，当所述旁路开关闭合时，用来将一个来自所述输入传感检测器/解码器的当前连接输入绕过所述AFE，并将所述当前连接输入直接连接到所述ADC，作为预处理的模拟信号，而无需被所述AFE处理；
其中，当所述输入传感检测器/解码器识别到当前连接输入是来自所述第一组时，所述微控制器控制所述旁路开关以闭合；
由此，所述第一组模拟输入会绕过所述AFE。
2.根据权利要求1所述的生物传感处理器芯片，其特征在于，所述微控制器配置所述ADC，将由所述输入传感检测器/解码器识别的所述第一组模拟输入的模拟信号转换成L位数字值；
其中所述微控制器配置所述ADC，将由所述输入传感检测器/解码器识别的所述第二组模拟输入的模拟信号转换成M位数字值；
其中所述微控制器配置所述ADC，将由所述输入传感检测器/解码器识别的所述第三组模拟输入的模拟信号转换成N位数字值；
其中L、M和N是整数，且M大于L，N大于M；
由此，对于生物传感器连接到所述多个模拟输入的不同组，所述ADC被自动配置成不同的转换分辨率。
3.根据权利要求1所述的生物传感处理器芯片，其特征在于，还包括：
无线接收器，其无线接收来自外部设备的信息，所述外部设备接收所述数字值；
能量收集器，其连接到所述无线接收器，用来从所述外部设备的传输能量产生一个内部电源电压。
4.根据权利要求3所述的生物传感处理器芯片，其特征在于，还包括：
电池检测器，其连接到所述生物处理器芯片的电源垫，当一个外部电源电压被外部施加到所述电源垫时，所述电池检测器发送一个电池模式信号。
5.根据权利要求4所述的生物传感处理器芯片，其特征在于，所述电池检测器还包括：
比较器，其比较电源垫电压和内部电源电压，当所述电源垫电压大于所述内部电源电压时，发送电池模式信号。
6.根据权利要求4所述的生物传感处理器芯片，其特征在于，还包括：
电源开关控制器，当所述电池检测器发送电池模式信号时，其将所述电源垫的外部电源电压连接到一个本地电源节点上；当所述电池检测器没有发送电池模式信号时，其将由所述能量收集器产生的内部电源电压连接到所述本地电源节点上；
其中所述本地电源节点提供功率给所述ADC、所述微控制器、所述输入传感检测器/解码器、和所述无线发射器；
由此本地电源是自动配置的。
7.根据权利要求4所述的生物传感处理器芯片，其特征在于，L是12位或更少，而N是至少20位。
8.根据权利要求4所述的生物传感处理器芯片，其特征在于，所述无线发射器是一个近场通信NFC发射器，而所述无线接收器是一个NFC接收器；
其中，当信息被无线接收时，所述外部设备位于所述生物传感处理器芯片的20厘米范围内。
9.根据权利要求8所述的生物传感处理器芯片，其特征在于，还包括：
BLE/Wifi发射器，其无线发射由所述微控制器格式化的数字值：
BLE/WIfi接收器，其无线接收来自外部设备的信息；
其中，当所述外部设备被配对用于Wifi通信时，所述微控制器激活所述BLE/Wifi发射器，并关闭所述无线发射器。
10.根据权利要求4所述的生物传感处理器芯片，其特征在于，所述微控制器还包括：
通用异步收发器UART，其将所述ADC的数字值格式化成一个串行比特流用于无线传输。
11.根据权利要求4所述的生物传感处理器芯片，其特征在于，在所述多个模拟输入里未被连接的输入被接地；
其中所述输入传感检测器/解码器将所述多个模拟输入里的一个输入和地电压进行比较，如果所述输入高于地电压，指出所述输入是一个连接输入。
12.一种可自动配置的生物传感系统，其特征在于，包括：生物传感处理器，其有第一模拟输入、第二模拟输入、和第三模拟输入，所述生物传感处理器包括：
输入检测器，其检测生物传感器何时连接到所述第一模拟输入、所述第二模拟输入、或所述第三模拟输入，将连接生物传感器的模拟输入作为有效输入，并从中选择一个当前模拟输入，以供放大并滤波，再进行合适数字位的ADC转换；以此方式，每个有效模拟输入都被采样，并被转换成一个数字值，直到所有有效模拟输入被采样完毕；
模数转换器ADC，其将一个模拟输入转换成一个数字值，其中所述数字值有L、N、或M位的精度，其中L、M、和N是整数，N至少是20，L不小于12，M介于L和N之间；
模拟前端AFE，其放大并滤波一个AFE输入以产生一个AFE输出；
通用异步收发器UART，其将所述ADC的所述数字值格式化用作无线传输；
近场无线收发器，用于发送被格式化的数字值到一个外部设备，并从所述外部设备接收信息；
其中所述外部设备非常靠近所述近场无线收发器，用于近场能量收集，其中收集的电源电压是由所述外部设备的所述信息产生的；
电源控制器，其检测外部电源何时可用，如果检测到有外置电源，其连接所述外部电源以提供功率给所述ADC、AFE和UART，如果没有检测到外部电源，其连接所述收集的电源电压以提供功率给所述ADC、AFE和UART；和
微控制器，其从所述输入检测器接收输入配置信息，所述微控制器激活所述ADC以将所述第一模拟输入转换成L位数字值、将所述第二模拟输入转换成M位数字值、以及将所述第三模拟输入转换成N位数字值；
其中，当一个来自所述第三模拟输入的模拟信号被连接到所述AFE输入时，所述微控制器让所述AFE输出去驱动所述ADC模拟输入；
由此，对于所述输入检测器检测到的不同模拟输入，所述微控制器调整所述ADC的分辨率；
旁路开关，其连接绕过所述AFE，其由所述微控制器激活，当所述旁路开关激活闭合时，将当前模拟输入的模拟信号绕过所述AFE连接到所述ADC模拟输入，
其中，当所述输入检测器识别到当前连接输入是来自所述第一模拟输入时，所述微控制器激活所述旁路开关以闭合；
由此，所述第一模拟输入会绕过所述AFE。
13.根据权利要求12所述的可自动配置的生物传感系统，其特征在于，当没有检测到外部电源时，所述微控制器仅将每个模拟输入转换一次：其中当检测到有外部电源时，所述微控制器连续地转换每个模拟输入；由此，当收集能量时，仅进行单次测量。
14.根据权利要求12所述的可自动配置的生物传感系统，其特征在于，还包括：
第一生物传感器，其有一个与受体键合的纳米线，用于检测第一生物分子，所述第一生物传感器驱动所述第二模拟输入上的一个输入；
第二生物传感器，其有一个与受体键合的纳米线，用于检测第二生物分子，所述第二生物检测器驱动所述第二模拟输入上的一个输入；
第三生物传感器，其有一个与受体键合的纳米线，用于检测第三生物分子，所述第三生物检测器驱动所述第二模拟输入上的一个输入；
其中所述第一模拟输入的输入和第三模拟输入的输入接地；
其中当所述第一、第二、和第三生物分子被检测出时，疾病被诊断。
15.根据权利要求12所述的可自动配置的生物传感系统，其特征在于，还包括：
第一生物传感器，用于测量病人的体温，所述第一生物传感器驱动第一模拟输入里的一个输入；
第二生物传感器，用于测量病人血液里的饱和氧水平，所述第二生物检测器驱动第三模拟输入里的一个输入；
第三生物传感器，用于测量人体心脏产生的电信号，所述第三生物传感器驱动第三模拟输入里的一个输入；
电池，其提供所述外部电源；
其中所述第二模拟输入的输入被接地；
其中生命体征被所述第一、第二和第三生物传感器持续监控。
16.根据权利要求15所述的可自动配置的生物传感系统，其特征在于，还包括：
近场无线收发器，用于发送被格式化的数字值到所述外部设备，并使用射频RF传输从所述外部设备接收信息，射频RF传输太弱，不足以用于能量收集；
其中，当所述电源控制器没有检测到外部电源时，所述微控制器关闭所述近场无线收发器，
由此，当没有外部电源时，关闭近场传输。
17.一种生物传感处理器集成电路IC，其特征在于，包括：
第一输入装置，用于从具有较低精度的第一生物传感器接收模拟输入；
第二输入装置，用于从具有中间精度的第二生物传感器接收模拟输入；
第三输入装置，用于从具有较高精度的第三生物传感器接收模拟输入；
输入传感检测器装置，用来检测接地输入没有被连接到一个生物传感器，并用来检测在所述第一输入装置、所述第二输入装置和所述第三输入装置是否连接有一个生物传感器的有效输入；
输入传感解码器装置，用来将从所述第一输入装置、所述第二输入装置和所述第三输入装置里检测出的有效输入选择作为一个当前模拟输入，以供放大并滤波，再进行合适数字位的ADC转换；以此方式，每个有效模拟输入都被采样，并被转换成一个数字值，直到所有有效模拟输入被采样完毕；
模拟前端AFE装置，用于将由所述输入检测解码器装置选择的当前模拟输入进行放大和滤波，以产生一个滤波的模拟信号；
模数转换器装置，用于将所述滤波模拟信号转换成一个具有X有效位的数字值，其中当当前模拟输入是在所述第一输入装置内时X不小于12，其中当当前模拟输入是在所述第三输入装置内时X至少是20，而其中当当前模拟输入是在第二输入装置内时X是介于12和20之间；
通用异步收发器UART装置，用于将所述数字值格式化成一个传输信息包；
近场通信NFC传输装置，用于发送所述传输信息包到一个外部设备；近场通信NFC接收器装置，用于接收所述外部设备的信息；
能量收集装置，其通过从所述外部设备接收的信息中汲取能量，产生一个收集的电源电压；
外部电池检测装置，用于检测外部电池或电源，并在检测到有外部电池或电源时发送一个电池模式信号；
电源开关装置，当检测到没有外部电池或电源时，其使用收集的电源电压对所述模数转换器装置、所述UART装置和所述AFE装置进行供电；和
微控制器装置，当检测到没有外部电池或电源时，其对在所述第一输入装置、所述第二输入装置和所述第三输入装置里检测出的有效输入内的每个当前模拟输入仅转换一次；
旁路装置，其连接绕过所述模拟前端AFE装置，当所述旁路装置闭合时，用来将一个来自所述输入传感检测器装置的当前连接输入绕过所述AFE，并将所述当前连接输入直接连接到所述模数转换器装置，
其中，当所述输入传感检测器装置检测到当前连接输入是来自所述第一输入装置时，所述微控制器装置控制所述旁路装置以闭合；
由此，所述第一生物传感器接收模拟输入会绕过所述模拟前端AFE装置，不放大且不滤波所述第一生物传感器接收模拟输入。
18.根据权利要求17所述的生物传感处理器集成电路IC，其特征在于，所述外部电池检测装置还包括：
比较装置，其比较一个电源垫电压和一个内部电源电压，如果所述电源垫电压高于所述内部电源电压，其发送一个电池模式信号。
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Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9858803B2 (en) * 2015-08-12 2018-01-02 Honeywell International Inc. Gas detectors safety compliance advertisement via low-power wireless radio
JP6300855B2 (ja) * 2016-03-24 2018-03-28 キヤノン株式会社 印刷装置、印刷装置の制御方法及びプログラム
US10680677B2 (en) * 2016-08-01 2020-06-09 Nxp B.V. NFC system wakeup with energy harvesting
CN106361311A (zh) * 2016-08-31 2017-02-01 李芹 一种基于nfc技术的便携式血压计
EP3603134B1 (en) 2017-03-29 2023-06-07 Becton, Dickinson and Company Methods for secure inductive pairing between two devices
DE102017205707A1 (de) * 2017-04-04 2018-10-04 Zf Friedrichshafen Ag Vorrichtung mit Energie abhängigen Sendeleistung
CN108088955A (zh) * 2017-11-30 2018-05-29 苏州慧闻纳米科技有限公司 一种抗干扰气体传感器
US10725118B2 (en) * 2018-03-28 2020-07-28 Texas Instruments Incorporated Floating input detection
FR3082073B1 (fr) * 2018-05-29 2021-02-19 Univ Savoie Mont Blanc Recuperateur d'energie vibratoire
DE102018124182A1 (de) * 2018-10-01 2020-04-02 Infineon Technologies Ag Messystem mit Schnittstelle zur Nahfeldkommunikation
JP2022551988A (ja) 2019-10-15 2022-12-14 インパラティブ、ケア、インク． 多変量的に脳卒中を検出するためのシステム及び方法
CN110558976A (zh) * 2019-10-15 2019-12-13 听心(上海)智能科技有限公司 一种无电池的便携式心电监测装置
US20220167135A1 (en) * 2020-11-24 2022-05-26 Ascensia Diabetes Care Holdings Ag Test sensor systems and methods using the same
US20230118888A1 (en) * 2021-10-15 2023-04-20 Nucurrent, Inc. High Speed Data Communications System For Industrial Use In Packaged Goods With Out Of Band Communications Hand Off

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1570617A (zh) * 2003-07-18 2005-01-26 力捷电脑股份有限公司 具多通道输入模拟数字转换的生物感测器及其方法
CN101022760A (zh) * 2004-05-20 2007-08-22 数字安吉尔公司 嵌入式生物传感器系统
CN103715192A (zh) * 2013-06-26 2014-04-09 杨佳威 一种生物传感器平台芯片及集成方法
CN104330444A (zh) * 2013-07-22 2015-02-04 财团法人多次元智能It融合系统研究团 具有近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器及利用其测定成分的方法
CN104634821A (zh) * 2013-11-13 2015-05-20 财团法人多次元智能It融合系统研究团 基于近距离无线通信的生物传感器测量装置及其测量方法

Family Cites Families (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4416288A (en) * 1980-08-14 1983-11-22 The Regents Of The University Of California Apparatus and method for reconstructing subsurface electrophysiological patterns
US4812848A (en) * 1987-09-02 1989-03-14 The Babcock & Wilcox Company Analog to digital conversion
US6529127B2 (en) * 1997-07-11 2003-03-04 Microstrain, Inc. System for remote powering and communication with a network of addressable, multichannel sensing modules
US6175752B1 (en) * 1998-04-30 2001-01-16 Therasense, Inc. Analyte monitoring device and methods of use
US6285899B1 (en) * 1999-02-18 2001-09-04 Motorola, Inc. Remotely interrogated biomedical sensor
DE19916921A1 (de) * 1999-04-14 2000-10-19 Fraunhofer Ges Forschung Elektrisches Sensorarray
WO2001074251A2 (en) * 2000-03-31 2001-10-11 Rita Medical Systems Inc. Tissue biopsy and treatment apparatus and method
US6535156B1 (en) * 2000-12-28 2003-03-18 Intel Corporation Method and apparatus for a folding analog-to-digital converter (ADC) having a coarse decoder with reduced complexity
TW584343U (en) * 2001-04-13 2004-04-11 Elan Microelectronics Corp A/D converter with adjustable gain amplifier
US6643541B2 (en) * 2001-12-07 2003-11-04 Motorola, Inc Wireless electromyography sensor and system
DE60222739D1 (de) * 2002-04-23 2007-11-15 St Microelectronics Sa Gerät und Verfahren zur Erzeugung von digitalen Signalen, die jeweils einen analogen Signalwert kodieren
US7311665B2 (en) * 2003-05-19 2007-12-25 Alcohol Monitoring Systems, Inc. Bio-information sensor monitoring system and method
EP1709750B1 (en) 2004-01-27 2014-04-30 Altivera, LLC Diagnostic radio frequency identification sensors and applications thereof
US6950044B1 (en) * 2004-03-31 2005-09-27 Silicon Labs Cp, Inc. Mixed signal processor with noise management
US6956518B1 (en) * 2004-03-31 2005-10-18 Silicon Labs Cp, Inc. Method and apparatus for subclocking a SAR analog-to-digital converter
AU2006212007A1 (en) * 2005-02-11 2006-08-17 The University Court Of The University Of Glasgow Sensing device, apparatus and system, and method for operating the same
US20060277420A1 (en) * 2005-06-02 2006-12-07 Nguyen Don J Power supply for portable computer
US20070010721A1 (en) * 2005-06-28 2007-01-11 Chen Thomas C H Apparatus and system of Internet-enabled wireless medical sensor scale
US7668580B2 (en) * 2005-10-20 2010-02-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrode for living body and device for detecting living signal
US8473022B2 (en) * 2008-01-31 2013-06-25 Abbott Diabetes Care Inc. Analyte sensor with time lag compensation
KR100773549B1 (ko) * 2006-04-03 2007-11-07 삼성전자주식회사 동일 전계 효과 트랜지스터를 이용하여 생분자를 검출하는방법
US7414562B2 (en) * 2006-07-25 2008-08-19 Intellectual Ventures Fund 27 Llc Analog-to-digital conversion using asynchronous current-mode cyclic comparison
US8652040B2 (en) * 2006-12-19 2014-02-18 Valencell, Inc. Telemetric apparatus for health and environmental monitoring
US20090076345A1 (en) * 2007-09-14 2009-03-19 Corventis, Inc. Adherent Device with Multiple Physiological Sensors
KR20090060696A (ko) * 2007-12-10 2009-06-15 한국전자통신연구원 생체 신호 측정 시스템 및 이를 이용한 건강 관리 서비스방법
US9439566B2 (en) * 2008-12-15 2016-09-13 Proteus Digital Health, Inc. Re-wearable wireless device
TWI424832B (zh) * 2008-12-15 2014-02-01 Proteus Digital Health Inc 與身體有關的接收器及其方法
US8939928B2 (en) * 2009-07-23 2015-01-27 Becton, Dickinson And Company Medical device having capacitive coupling communication and energy harvesting
US8354871B2 (en) * 2009-11-09 2013-01-15 University Of Florida Research Foundation, Inc. Self-powered comparator
EP2492831A1 (en) 2011-02-10 2012-08-29 Pensiero Medical Electronics Corp. Biomedical device with near field communication (NFC) function and method thereof for user identification, biomedical data measurement, biomedical data upload/download, biomedical data management, and remote medical care
KR20150023022A (ko) * 2011-03-24 2015-03-04 앤팩 바이오-메디컬 사이언스 시오., 엘티디. 질병 검출용 마이크로 소자
KR101850527B1 (ko) * 2011-03-25 2018-04-19 삼성전자주식회사 휴대용 디바이스 및 휴대용 디바이스의 무선 전력 충전 시스템
CN103493378B (zh) * 2011-04-22 2016-10-12 瑞萨电子株式会社 数据处理系统
US10088477B2 (en) * 2012-07-30 2018-10-02 The Regents Of The University Of California Biomolecular detection test strip design
US9729189B2 (en) * 2012-08-30 2017-08-08 University Of Virginia Patent Foundation Ultra low power sensing platform with multimodal radios
US9896772B2 (en) * 2014-03-13 2018-02-20 Innosense Llc Modular chemiresistive sensor
TWI532328B (zh) * 2014-08-11 2016-05-01 國立臺灣大學 類比數位轉換裝置及其轉換方法
US9488615B2 (en) * 2014-12-17 2016-11-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Biosensor with a sensing surface on an interlayer dielectric
US9859394B2 (en) * 2014-12-18 2018-01-02 Agilome, Inc. Graphene FET devices, systems, and methods of using the same for sequencing nucleic acids
CA2996096A1 (en) * 2015-08-26 2017-03-02 Analytics For Life Inc. Method and apparatus for wide-band phase gradient signal acquisition

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1570617A (zh) * 2003-07-18 2005-01-26 力捷电脑股份有限公司 具多通道输入模拟数字转换的生物感测器及其方法
CN101022760A (zh) * 2004-05-20 2007-08-22 数字安吉尔公司 嵌入式生物传感器系统
CN103715192A (zh) * 2013-06-26 2014-04-09 杨佳威 一种生物传感器平台芯片及集成方法
CN104330444A (zh) * 2013-07-22 2015-02-04 财团法人多次元智能It融合系统研究团 具有近距离无线通信基础的电气化学性生物传感器及利用其测定成分的方法
CN104634821A (zh) * 2013-11-13 2015-05-20 财团法人多次元智能It融合系统研究团 基于近距离无线通信的生物传感器测量装置及其测量方法

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