在電子產業蓬勃發展，醫學技術日新月異的現代，將電子產業的技術運用在醫學用途上已成為一種趨勢，目的在於治療目前無法醫治的重大疾病，延長人類壽命，而台灣擁有先進的製程技術，可以製作出低功耗面積小的晶片,也才有機會達到生醫電子超低功耗的需求。
在感測器方面也由於MEMS結構可於CMOS製程相容，由半導體製程所製作出的MEMS架構可於CMOS電路直接做成IC，在整個產業界和應用方面是個重大的突破。
    由於世界趨勢走向生物醫學，而研究所需突破的也就是現在人類社會所需要面臨的挑戰，故而往生醫方面發展是可以對人類社會有所貢獻。
    在植入式生醫訊號量測中，血壓感測系統在現代醫學中有很多相關應用和研究，包括心血管疾病、高血壓、心臟病、中風等等，血壓感測器搭配聯絡附近醫院和家屬能有效降低病患的死亡率，此設計採用UMC180um post CMOS製程。
    在本文中設計了一個MEMS血壓感測器和其解讀電路的部分，埋入血管的晶片MEMS結構受到血壓的壓力因此產生變形，而MEMS結構變形造成了電容容值的變化，電路部分接收到電容變化，經由read-out電路架構把電容轉成電壓訊號，考慮到轉換的線性度和穩定性，採取降低放大倍率來換取的方式，在後端在接一級放大電路，來放大電壓訊號。
    此設計中MEMS血壓感測器 可測量血壓範圍從0-0.04Mpa，相當於0-300mmHg，而一般高血壓之收縮壓是超過140mmHg以上，此設計可到300Hg可測量到非常高之血壓，感測之解析度為1.5fF/mmHg，在解讀電路的部分轉換效率為1mV/1fF，最後之輸出結果效率10mV/1fF。

The purpose of this research is the estimation of the trend of blood stent pressure of surgical patients. Blood pressure (BP) is the pressure exerted by circulating blood upon the walls of blood vessels. Blood pressure is usually expressed in terms of the systolic (maximum) pressure over diastolic (minimum) pressure and is measured in millimeters of mercury ( mm Hg ). There are two major ways to measure blood pressure during medical treatment:invasive and noninvasive methods. Both them have advantages and disadvantages. The noninvasive auscultatory and oscillometric measurements are simpler and quicker than invasive measurements, require less expertise, have virtually no complications, are less unpleasant and less painful for the patient. The invasive system is that pressure is constantly monitored beat-by- beat, and a waveform (a graph of pressure against time) can be displayed. It is used for surgical operations, and it can response the true situation of arterial blood pressure, but the damage and uncomfortable are the most disadvantages for itself. Patients with invasive arterial monitoring require very close supervision, as there is a danger of severe bleeding if the line becomes disconnected. This work uses noninvasive method, because we want to capture the signal ( blood pressure signal ) if signal was unusual, it can send message to neighboring hospital. On patient to ensure the patient can anytime be observed, and they can do they want to do, instead of lying on the bed to allow doctors to collect information.
This paper presents a blood pressure (BP) sensing system. In modern medicine, a lot of people are suffered by Cardiovascular disease like hypertension and heart disease. A pressure sensor and nearby hospital calling service can reduce mortality of patients. Design using 180-nm CMOS MEMS process, the BP sensing system is consisted of a micro-electro-mechanical systems (MEMS) capacitive sensor, capacitor-to-voltage converter (CVC) and a switched-capacitor amplifier. The MEMS capacitive sensor has a simulated sensitivity of 0.55 fF/mmHg with a sensing range of 0-300 mmHg. The overall system has a simulated conversion gain of 0.643 mV/mmHg.

目錄
中文摘要	I
英文摘要	II
內文目錄	III
圖表目錄	VI

第一章  緒論	1
1.1 研究背景	1
1.2 研究動機	1
1.3 論文架構	2

第二章  血壓感測原理	3
2.1 血壓感測方式	3
2.2 非侵入式	3
2.2.1 聽診法	3
2.2.2 示波法	5
2.3侵入式	6

第三章  微機電系統	7
3.1微機電系統概論	7
3.2微機電系統製造技術	9
3.3微機電系統特性與優點	13

第四章  CMOS MEMS電容式壓力感測器結構設計	14
4.1 壓力感測方法	14
4.1.1 壓電式感測方法	15
4.1.2 壓阻式感測方法	17
4.1.3 電容式感測方法	19
4.2 COMS MEMS製程介紹	22
4.3 Post COMS MEMS製程步驟	24
4.4 MEMS電容感測器設計	28
4.4.1 指叉式電容式感測	28
4.4.2 平板電容感測設計和佈局	29
4.5 電容式壓力感測器模擬	34




第五章  感測器讀取電路	41
5.1感測器讀取電路設計	41
5.1.1運算放大器	42
5.1.2電容電壓轉換器	43
5.1.3 開關式電容放大器	45
5.2電路模擬	46
5.3晶片佈局	48

第六章  晶片量測	49
6.1 量測方式	49
6.2 量測結果	50
第七章  結論與未來展望	55

參考文獻	56












圖目錄

圖2.1聽診法示意圖	4
圖2.2聽診法壓力量測示意圖	4
圖2.3示波法壓力檢測圖	5
圖2.4侵入式血壓量測圖	6
圖3.1微機電系統尺寸概念圖	8
圖3.2體型加工技術	10
圖3.3面型加工技術	11
圖3.4 LIGA加工技術	12
圖4.1壓力訊號轉換圖	14
圖4.2壓電式感測器	16
圖4.3壓電式壓力計	17
圖4.4壓阻效應	18
圖4.5壓阻式感測器	19
圖4.6惠斯通電橋電路	19
圖4.7電容效應	20
圖4.8電容變化圖	21
圖4.9 Pre-CMOS 製程截面示意圖	23
圖4.10 Intra-CMOS 製程截面示意圖	24
圖4.11標準CMOS製程	25
圖4.12 MEMS後製程加M7和保護層	25
圖4.13打開passivation	26
圖4.14上光阻層	26
圖4.15進行蝕刻	27
圖4.16掏空基底使結構懸浮	27
圖4.17指叉式感測結構	28
圖4.18殘餘應力和其模擬	29
圖4.19平板電容感測結構	29
圖4.20 plate cell和plate	30
圖4.21 beam	30
圖4.22 anchor和整個layout設計佈局圖	31
圖4.23 beam受力變形圖	32
圖4.24材料形變計算圖	33
圖4.25材料示意圖	33
圖4.26 Coventorware模擬	34
圖4.27結構layout圖	35
圖4.28 MEMS製程設定	36
圖4.29 modeling&mesher	36
圖4.30 mesher setting	37
圖4.31模擬分析設定	38
圖4.32電容變化矩正	39
圖4.33壓力對電容變化圖	39
圖4.34 3D result	40
圖5.1設計架構圖	41
圖5.2運算放大器	43
圖5.3電容電壓轉換器	44
圖5.4開關式電容放大器	45
圖5.5 OP postsim	46
圖5.6 CVC postsim	47
圖5.7 CVCOP postsim	47
圖5.8佈局圖	48
圖6.1訊號量測示意圖	49
圖6.2 MEMS結構白光干涉圖(a)	50
圖6.3 MEMS結構白光干涉圖(b)	51
圖6.4 CVC 5KHz	52
圖6.5 CVC 2.5KHz	52
圖6.6 CVC 1KHz	53
圖6.7 OUTPUT 1KHz	53
圖6.8晶片微影圖	54








表目錄

表5.1預計規格表	41
表6.1規格表	54

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