JSSC 2023第3期Medical & Bio65nm

A Threshold-Based Bioluminescence Detector With a CMOS-Integrated Photodiode Arr

一种基于阈值、采用65nm CMOS工艺的光电二极管阵列生物发光检测器，用于微型可摄入胶囊。

59-nW active power, 25-fA/count resolution, 59-fA MDS

生物发光检测器CMOS光电二极管可摄入胶囊低功耗肠道炎症标志物

▸创新点1：双占空比前端设计实现低功耗（方法创新）。通过动态调整工作周期，显著降低系统功耗至59纳瓦，同时保持高灵敏度检测能力，适用于长期植入式或可穿戴设备。

▸创新点2：CMOS集成光电二极管阵列（电路创新）。采用65纳米工艺将光电二极管阵列直接集成到CMOS芯片中，实现25-fA/count的高分辨率和59-fA的最小可检测信号（MDS），提升生物发光信号的检测精度。

▸创新点3：高灵敏度生物发光信号检测（系统创新）。通过优化的光电转换和信号处理链，系统能够检测低强度生物发光信号，成功在体外实验中识别肠道炎症生物标志物四硫酸盐。

▸创新点4：微型化可吞咽胶囊系统（应用创新）。将核心IC与其他组件集成到仅6.5毫米厚、12毫米直径的电池供电无线胶囊中，为非侵入性胃肠道疾病诊断和监测提供了实用化解决方案。

Abstract

This article presents a highly miniaturized ingestible electronic capsule for biochemical detection via onboard genet- ically engineered biosensor bacteria. The core integrated circuit (IC) is a threshold-based bioluminescence detector with a CMOS-integrated photodiode array in a 65-nm technology that utilizes a dual-duty-cycling front end to achieve low power consumption. The implemented IC achieved 59-nW active power consumption, 25-fA/count resolution, and a 59-fA minimum detectable signal (M