應用於 CMOS 電容式光聲照相機之峰值感測器電路設計與實作

Abstract

此篇研究提出適用於二維陣列之 CMOS MEMS 製程技術所製 作的微電容式超音波傳感器之峰值感測電路（Peak Detection Circuit）， 在傳感器接收到超音波並轉換為電壓訊號後放大並取樣峰值，循序輸 出後可由軟體二維光聲成像。相較於傳統三維成像具有快速、適用小 規模像素面積與高度晶片整合性的特性。 在傳統三維光聲成像的量測環境中，晶片上每一像素收到物體被 雷射激發後的超音波類比訊號，類比波型包含了超音波發射源的軸向、 側向、縱向資訊，但須藉由多個像素收到的超音波訊號及發射時間來 運算出發射源的位置，在建立三維模型的掃描時間與後續成像複雜度 較高；若使用峰值保持器將類比波型轉換為輸出峰值，則可以利用此 單純之二維數值表反向運算物體模型，複雜度較低且快速成像。 實驗成功的證明了在輸入頻率為 1 MHz 至 10 MHz ，振幅為 100 mVpp 至 800 mVpp 的弦波及方波，峰值感測電路可以正確的輸 出峰值，誤差值在± 20% 之內；當輸入振幅在 200 mVpp ~ 600 mVpp 範圍中，誤差值更可以改善至 ± 15%。 若峰值感測電路採用更先進之製程將可提升電路性能與減少峰值 誤差，將可提升影像解析度，於醫療將有更大應用。