主旨

半導(dǎo)體制造商ROHM株式會(huì)社與神戶大學(xué)研究所專(zhuān)攻系統(tǒng)資訊學(xué)研技科資訊科學(xué)之吉本雅彥教授共同在NEDO企劃之「常閉運(yùn)算（Normally-Off Computing）基礎(chǔ)技術(shù)研發(fā)」中，成功研發(fā)出適合于次世代穿戴型生物感應(yīng)器之全球最低超低功耗技術(shù)。

本技術(shù)活用非揮發(fā)性記憶體，在未進(jìn)行處理時(shí)，積極將電源關(guān)閉，以降低待機(jī)的功耗。必要時(shí)可立刻開(kāi)啟電源，采取「常閉型（normally-off）動(dòng)作」，將功耗極小化。

圖一

使用本技術(shù)之穿戴型生物感應(yīng)模組，是從體表些許的電位差異（心電圖）取得心跳數(shù)。而且，可取得加速度感應(yīng)器等數(shù)位輸出的資訊，進(jìn)行演算、記錄。另外也搭載通訊功能，可從智慧型手機(jī)控制穿戴型生物感應(yīng)器，來(lái)寫(xiě)入寫(xiě)出數(shù)據(jù)。耗電流38uA，與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，可以1/5的低功耗及38uA的耗電流來(lái)實(shí)現(xiàn)這些動(dòng)作。

ROHM已開(kāi)始依照客戶需求進(jìn)行穿戴型人體感應(yīng)器模組的共同研發(fā)。另外，因功耗僅傳統(tǒng)產(chǎn)品的1/10，故今后亦研發(fā)與ROHM壓電MEMS （微小電力機(jī)械系統(tǒng)） 裝置配合、不需電池之穿戴型生物感應(yīng)器。本研發(fā)成果在IEEE認(rèn)定之國(guó)際學(xué)會(huì)BioCAS （2014.10.22-24: 瑞士） 已進(jìn)行發(fā)表，預(yù)計(jì)也將在ASSCC （臺(tái)灣2014.11.10-12） 發(fā)表。

圖二

背景

在智慧型手機(jī)或穿戴型裝置等所有的電子裝置中，追求將功耗控制在最小、使其長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作是永久課題。尤其是穿戴型裝置必須要讓使用者幾乎忘記其存在，盡量將電池小型化并可長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作。

針對(duì)此課題，NEDO則是使用即使電源遮斷數(shù)據(jù)、也不會(huì)遺失之非揮發(fā)性裝置，在2011年開(kāi)始進(jìn)行以終極節(jié)能為目標(biāo)之「常閉運(yùn)算基礎(chǔ)技術(shù)開(kāi)發(fā)」企劃，相關(guān)的企業(yè)、大學(xué)接受其援助進(jìn)行研究。

當(dāng)中ROHM與神戶大學(xué)的吉本研究室將長(zhǎng)年在ROHM有制品實(shí)績(jī)之非揮發(fā)性記憶體 （FeRAM） 不揮發(fā)性邏輯技術(shù)活用至最大極限，研發(fā)出獨(dú)家的常閉型技術(shù)。本次，則是將此技術(shù)用于使用ROHM0.13μm CMOS制程之穿戴型生物感應(yīng)器。

圖三

達(dá)成最低功耗的節(jié)約功率法

實(shí)現(xiàn)以下3種節(jié)約功率的方式，達(dá)成最低功耗：

1.取得心跳數(shù)的功率僅傳統(tǒng)方式的1/20

功耗較大的取得心跳類(lèi)比部分，采適用新研發(fā)的抗雜訊性較佳之心跳波形取得演算法，且透過(guò)將部分置換成常閉數(shù)位處理，成功做到與傳統(tǒng)相比，功耗大幅降為1/20。

2.將記憶體部分之平均功耗降至1/10以下

利用研發(fā)、搭載應(yīng)用FeRAM之新構(gòu)造的非揮發(fā)性RAM，成功大幅減少運(yùn)作所須之待機(jī)電流。

3.邏輯部分之功耗減少至一半以下

將非揮發(fā)性邏輯應(yīng)用于ARM Cortex-M0等數(shù)位電路區(qū)塊常閉化，大幅降低了邏輯電路的功率。

低功耗技術(shù)適合于以下之應(yīng)用：穿戴型生物感測(cè)器?橋梁等構(gòu)造物之監(jiān)視感測(cè)器?農(nóng)業(yè)用感測(cè)器?能源采集電源對(duì)應(yīng)LSI?帶有參數(shù)調(diào)整之非揮發(fā)性功能的低功率LSI。

名詞解釋

*Normally-Off（常閉）：將系統(tǒng)內(nèi)真正在運(yùn)作要素以外的電源積極遮斷。即使遮斷電源，也必須要有不會(huì)忘記系統(tǒng)狀態(tài)或是數(shù)據(jù)之非揮發(fā)性記憶體等的裝置。類(lèi)似技術(shù)有「間歇?jiǎng)幼鳌梗珔s有著不可讓持續(xù)維持運(yùn)作狀態(tài)所必要之主構(gòu)成要素之電源低下的課題。

*非揮發(fā)性裝置：即使電源被遮斷，亦能維持?jǐn)?shù)據(jù)及狀態(tài)的裝置。非揮發(fā)性記憶體的代表有快閃記憶體或FeRAM、EEPROM。而揮發(fā)性記憶體則是有DRAM、SRAM。

*生物醫(yī)學(xué)電路與系統(tǒng)會(huì)議（Biomedical Circuits and Systems Conference；BioCAS）：為IEEE所認(rèn)定之國(guó)際學(xué)會(huì)，進(jìn)行先進(jìn)生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中革命性裝置研發(fā)之發(fā)表與意見(jiàn)交換。今年即將屆滿10周年。

*亞洲固態(tài)電路研討會(huì)（A-SSCC, Asian Solid-State Circuits Conference）：為IEEE所認(rèn)定之國(guó)際學(xué)會(huì)，在亞洲舉辦。在半導(dǎo)體領(lǐng)域中進(jìn)行最新且高階之產(chǎn)品、電路技術(shù)的發(fā)表與意見(jiàn)交換。