目的為設計熱驅動、壓阻式氣體濃度感測器之讀取電路與系統實現，用以判斷感測振盪器之共振頻率。壓阻式氣體濃度感測器是以電熱驅動之微振盪器，並以壓阻材料作為感測元件，此結構可藉著吸附預量測物質如氣體，改變結構的共振頻，經由壓阻式感測器將資訊轉換為電訊號，得到所吸附物質的重量。可應用於量測氣體與流體中物質含量，在生醫工程領域，可感測流體中物質或細胞之密度。本論文所提出的氣體濃度感測器之讀取電路是針對熱驅動、壓阻式微感測振盪器而設計，提出以掃描不同頻率之驅動信號並讀取其輸出信號相位變化進行共振頻率的判斷之方法，並對感測器中的饋通雜訊提出一個新的解決方法，可以準確的判斷其共振頻率並降低感測器中的雜訊。在讀取電路部分，微控制器將驅動指令給直接頻率合成模組合成信號，將驅動信號輸入驅動放大器驅動微感測振盪器，由惠氏同電橋讀取其壓阻變化且調變感測信號，並經由儀表放大器放大，經過高通濾波器將其驅動信號產生的饋通雜訊消除，乘法器與低通濾波器將訊號解調變並濾波還原其感測信號，經由相位頻率偵測器將其與驅動信號的相位差取出，最後經由微控制器將相位差信號取樣，傳送到電腦分析。本論文所提之感測電路以及微感測振盪器部分皆已成功下線至台積電0.35um 2P4M 3.3V混合訊號互補式金氧半導體製程與微機電後製程，並結合微處理器與後端程式構成整個系統，並已實際測試其可行性。研究下線晶片經由財團法人國家實驗研究院晶片系統設計中心贊助，下線的晶片面積為1.847×1.847 mm2。

一種新型具有數位類比轉換功能的輸出緩衝放大器，可以降低液晶顯示器之源極驅動器的成本與消耗功率。原理為緩衝放大器具有兩個輸入電壓準位，藉由控制輸入差動對的尾電流大小，改變兩輸入端的權重關係，使得緩衝放大器線性內插出一輸出電壓介於兩輸入電壓間。如此，藉由控制差動對的尾電流來產生數位類比轉換電路的功能，減少電阻串數位類比轉換器的階數，達到節省面積之功用。在文中，電路設計之概念與原理，以及實驗結果皆完整介紹與說明。本篇論文所提出的電路，使用TSMC 0.35mm 2P4M製程模擬與實現，此晶片是具有十位元數位類比轉換器功能的輸出緩衝放大器，輸出緩衝器穩定時間為2.5msec，具有十位元數位類比轉換器功能的輸出緩衝放大器面積為0.0095mm2，僅需傳統八位元電阻串數位類比轉換器面積的38 %。

提出一用於手機相機之新型光學影像穩定器(OIS)，整個研究逐步完成機構設計、磁場最佳化、動態分析與控制器的實現。過去的光學影像穩定器多採用二維平面位移的機構，然而此種設計之補償效果較受限制，本設計使用雙軸旋轉機構來進行補償，此機構由音圈馬達(VCM)來控制旋轉角度，達到拍照時的防手震效果。整個研究可以分成三大部份：（1）防手震機構設計與基因演算法之磁路最佳化；（2）系統動態模型之建立與動態方程式之推導；（3）順滑模態(SMC)控制器的設計與實作。第一部份使用CAD軟體進行機構設計，建立此光學影橡穩定器的雙軸(pitch軸與yaw軸)旋轉機構，其中包含相機鏡頭模組懸吊裝置、磁鐵與線圈構成的微小音圈馬達致動器等等，並為了縮小體積而拿掉了導磁軛片(yoke)，再透過基因演算法最佳化設計磁路，得到穩定而合適的磁場。第二部份致力於此雙軸旋轉系統的動態分析與動態方程式( EOM)推導，根據Lagrange所提出的方法，整個光學影像穩定器的動態方程式可經由推導其受震動時的動能與補償電流產生的電磁力矩之關係來導出，藉此方程式可設計對應的控制器。完成了前述工作之後，第三部份著重於順滑模態控制理論的應用與控制器的建構，首先經由模擬與實驗來驗證控制器之功效後，再經由實際的電路來建立系統，並完成實品的防手震功能測試。

提出一電磁式獵能機構將環境中之振動能量透過此機構以電磁感應之方式轉換成可用之電能，並設計一自調整式無壓降充電幫浦以及後方的電能管理電路與穩壓器等介面電路，將微獵能器產生之微小交流式能量收集起來，轉換為可供電子裝置使用之直流能量儲存或直接對微系統供電。為了使能量的收集的更為有效率，本篇論文亦提出了專用於此整流充電幫浦之最佳化方法。本篇論文提出之微獵能電路，可將峰值大於0.7伏特之交流能量，轉換為3.3伏特之直流電源；除此之外，自調整式無壓降充電幫浦可根據我們提出之最佳化方法，在獵能機構之輸出改變時自動調整電荷幫浦之階數使系統轉換效率能維持高效能，而其無壓降之整流特性也降低能量傳遞其間之消耗，電能管理電路則可以根據監測負載裝置及獵能器之輸出電能狀況對能源傳輸進行有效控管。藉由本篇提出之最佳化方法，充電幫浦萃取的能量相對於最大能量有1.3%的誤差，而轉換至過渡電容時僅有1.63%之誤差。本篇論文所提出的電路，皆成功由台積電0.35微米製程模擬與實現。

有機發光二極體擁有許多優點，例如高對比、高反應速度、自發光、可視角高、低功耗等優點，被視為次世代具有潛力的平面顯示器之一。然而其尚未能投入大量生產的主要原因在於面板均勻度無法提升以及元件劣化的壽命問題，面板均勻度問題主要為像素(Pixel)裡的驅動薄膜電晶體(TFT)經過長時間的驅動，其特性會產生不同程度的飄移；元件劣化的壽命問題在於持續固定電流密度驅動下，元件內部發光層電子與電洞不斷累積，使得再結合發光的效應變差，造成元件劣化，進而使得亮度下降。本論文將以一電流鏡架構以補償TFT特性飄移的基礎下，設計以脈寬調變(PWM)原理來達到降低電流密度以改善元件劣化效應，同時在OLED元件無電流通過時，加以負偏壓於OLED元件上，減少發光層內電子電洞的濃度，提高元件發光效率之具有補償面板均勻度及改善劣化之主動式有機發光二極體像素電路。另外針對傳統電流驅動之畫素電路之電流源製作不易之缺點，改以製作較簡單的電壓驅動型，以降低電路製作時的複雜度。本論文使用LTPS TFT Model Card作為模擬基準，驗證所設計之電路特性，最後透過友達之LTPS SPC製程製作成QVGA面板並進行劣化量測以驗證改善元件劣化程度。

針對鋰電池因快速充電所導致溫度急速上升之情況進行補償，並且搭配光伏系統完成具即時溫昇抑制之鋰電池快速充電系統。光伏系統最主要之研究為擷取當下太陽能陣列之最大功率給予後端負載使用，亦即最大功率追蹤，有別於傳統最大功率追蹤技術，本論文使用模糊控制完成智慧型太陽能最大功率追蹤控制器，此控制器能夠快速且準確的追蹤到最大功率點。搭配前端太陽能發電，本論文設計了三種直流直流轉換電路以調節系統功率供給後端負載使用，其轉換電路為兩階式昇壓轉換電路、降壓轉換電路以及返馳式轉換電路。設計出一降壓型轉換電路，搭配所設計之充電法則—定電流充電、脈衝充電、微小電流充放電。模糊控制器於定電流充電與脈衝充電模式下完成太陽能最大功率追蹤以提供最大功率時之電流予以充電，於微小電流充放電模式中調整太陽能陣列之輸出電流以達到微小電流之設定。脈衝充電法則是以電池即時溫度回授控制其充電之責任週期進而達到抑制電池溫度急遽上升之效果，而微小電流充電之目的是將電池電量充飽至100%SOC (State of Charge)。本論文所提出之具電池溫昇抑制之快速充電法則搭配所設計之轉換電路能夠有效利用光伏系統達到快速且安全之充電目標。

提出的新穎氣體讀取電路是特別針對有機垂直奈米接面二極體氣體感測器作設計，利用此設計電路整合前端氣體感測器成為氣體感測系統。讀取系統包含七個部份，第一部份為前置放大器，此前置放大器由轉阻放大器構成，目的為將氣體感測器的輸出電流轉成電壓變化。第六部份為邏輯閘和緩衝器，當感測器正與氣體反應且反應達飽和時，透過邏輯閘和緩衝器輸出結果，否則顯示為零。第七部份為微處理器，使用的是ALIENTEK公司的STM32，中央處理器為ARM Cortex ™-M，我們使用到其中的類比數位轉換器作類比感測電路輸出結果的轉換，然後LCD顯示結果。本電路利用台積電0.35μm 2P4M 3.3V混合訊號互補式金氧半導體製程將特別設計的電路由IC實現。研究晶片經由財團法人國家實驗研究院晶片系統設計中心贊助，三次設計的晶片面積分別為1.083×1.04 mm2 、1.082×1.082 mm2 以及0.74×0.75 mm2。本系統結合前端感測器作模擬氣體感測器之輸出電流量測，已實際測試其可行性。不同於傳統儀器的量測環境，此氣體感測系統的設計，具有即時偵測、攜帶方便、成本低廉與降低人為誤差的優勢，能確實賦予生醫感測器在居家醫療方面所帶來的價值。

此研究將針對液晶顯示器驅動電路系統(Liquid crystal display Driver System)做由電池系統提供之穩定2.8伏特至5伏特之升壓功能，雖相關電感型直流升壓電路已有相當成熟並且足夠的研究，但電感對於可攜式消費性產品追求體積極小化的宗旨而言卻占了過大的體積比例，而包含電感全積體化於晶片的電感型直流升壓電路相關研究卻非常稀少，因此本研究主要探討連同電感一併佈局於CMOS晶片當中的電感型直流升壓電路，並將電感、頻率及各元件所對電路之影響做最佳化的設計，並調整電感型直流升壓電路中控制電感充放電週期之開關元件之工作週期，以及印刷電路板在特定電感及電阻值底下產生最小面積之幾何模型之電感最佳化設計程序，並於國家晶片研究中心(CIC)委託台積電(TSMC)以0.35um製程實現設計電路，進而量測其整體電路表現，以跟傳統離散電感所組成之電感型直流升壓電路做體積、效率與實用性的優劣比較。

提出了新式的「主動像素電路」(Active Pixel Sensor, APS)，以及結合主動像素電路與背景光減除電路的「三維光學式近接感測器讀取電路」，以達到感測近接物體的功能。三維光學式近接感測系統的目標是研發一套非接觸式的觸控面板，不但有一般市面上觸控面板所有的平面(二維)感測，還增加了第三軸高度的感測，而提升為「三維」的近接感測 ，不須觸碰到面板即可感測到物體位置。前端面板是由發光二極體 (LED)及光接收器所組成的陣列，由發光二極體發光照射到待偵測物體，並由光接收器接收反射光，由反射光的強度來判斷物體距離。為了適用於不同的環境及背景光下，需要經由特別設計的電路做背景光消除動作，最後再經由程式撰寫演算法與人機介面，計算出待測物體座標。而主動像素電路常用於互補式金氧半導體光感測器(CMOS SENSOR)中，是做為光接收器(Photo Detector, PD)的驅動電路，主要作用是將光感測器所偵測到的光強度轉換為電壓值，並且有增加解析度與降低外來雜訊的優點，而公認最標準且通用的架構是3T架構(3T-APS)，此電路有一缺點是此電路的輸出擺幅受到限制，最大值無法到達偏壓上限。本論文提出了新式的主動像素電路，能夠將輸出擺幅擴大到偏壓上限，因此增加了主動像素的解析度，不論是應用在互補式金氧半導體光感測器或是本論文的光學式近接感測電路上，都會比以往的3T架構有更好的輸出表現。電路成功下線至台積電0.35um2P4M 3.3V混合訊號互補式金氧半導體製程，將特別設計的電路由IC實現，並結合前端面板與後端程式構成整個系統，已實際測試其可行性。研究晶片經由財團法人國家實驗研究院晶片系統設計中心贊助，兩次下線的晶片面積分別為1.289×1.289 mm2 以及 0.8×1.220 mm2。

電容式觸控螢幕是由銦錫氧化物（ITO）透明導電薄膜所構成，由於手指接觸面板後所產生ITO電極間的電容變化大小來判斷物體的移動情形。大尺吋電容式觸控面板之特別之處在於ITO所構成的阻值甚大(>200KΩ)，將使微小電容變化之訊號衰減，不易判斷是否手指有觸碰，且大尺吋電容式觸控面板除了阻值大之外，亦會受到周遭溫度、濕度…等環境干擾的因素，使得面板量測出的ITO電容值並不固定，會隨週遭環境改變。以往對於電容式觸控電路設計多採取直流方式對電容充放電，進而量測其觸碰前後之變化，此種方法可適用於小尺吋面板，因為其ITO所造成的阻值較小(10KΩ)。本論文所提出的大尺寸電容式觸控面板前端感測電路是針對12吋以上投射電容式觸控面板而設計，改以交流的形式進行面板電容值的偵測，如此可以大幅減少直流驅動造成的電容充放電時間。本論文提出的兩種感測電路分別是積分器感測電路與差動比較感測電路，兩種電路均搭配其前端的低干擾掃描陣列，此陣列可降低環境對觸控面板上ITO所所造成的干擾，而電路前端之觸控面板則由奇菱科技公司所提供的12.1吋投射電容式觸控面板來進行實際量測。在積分器感測電路部分，由低干擾掃描陣列與電容-電壓轉換電路所構成,而差動比較電路的部分則由低干擾掃描陣列、電容橋式電路與差動放大電路所組成，並經由下線實作成IC進行量測。最後再由FPGA撰寫UART傳輸晶片與VB程式語言來進行對電腦的串列資料傳輸，並傳送數值給電腦分析。本論文所提之感測電路部分皆已成功下線至台積電0.35um 2P4M 3.3V混合訊號互補式金氧半導體製程，並結合前端12.1吋電容式觸控面板與後端程式構成整個系統，並已實際測試其可行性。研究下線晶片經由財團法人國家實驗研究院晶片系統設計中心贊助，兩次下線的晶片面積分別為1.281×1.281 mm2 以及 0.91×0.775 mm2。

研製新型液晶可變焦透鏡，除了利用電壓改變焦距以外，並設計新型上電極圖樣，包含環形及多層並增加一組外加電壓調節，大幅改善液晶透鏡因增大孔徑造成折射率不如完美聚焦之折射率分佈，藉此新型透鏡改善聚焦品質，以利於與手機或其他成像系統模組化。由於傳統基本型液晶透鏡有效聚焦孔徑若要超過直徑2 mm以上則會因折射率分佈如梯形，造成中央大部分平整區域無法聚焦，僅邊緣部分聚焦。而此新型液晶透鏡設計另一組外加電極改善非均勻電場分佈如我們所預期，此電極依據漸變式折射率透鏡之折射率分佈而設計，利用2DMOS模擬軟體模擬電場與折射率分佈，轉換成焦距長度及驗證焦距變化之效果。並以實體量測與驗證新型液晶透鏡之焦距變化及光學聚焦品質。

本研究主要設計微機電(MEMS)電容式麥克風之前置讀取電路，由於可攜式低電壓運作之電子產品日益茁壯，因此，將著重於手機應用之微機電(MEMS)電容式麥克風在低電壓低功率操作下之前置放大器。微機電電容式麥克風包含了兩個主要電路，一為中心中點自偏之電容-電壓轉換器電路，另一個為放大器。其中，放大器關係到本論文之訊號的特性，剛開始設計了一般二階級運算放大器，雖然此放大器可以順利的放大訊號，但是在固定的放大倍率下，不同輸入擺幅與頻率，所造成輸出與相對應理想倍率下之訊號不同。因此，此設計之二階級運算放大器有非線性的放大倍率與較低的輸出擺幅。所以，進而改用對稱式軌對軌運算放大器，提高了電路的線性度與輸出擺幅。本研究之電路以台灣積體電路公司0.35um (2P4M, 3.3V/5V) 製程完成晶片製作。輸出電壓範圍大約在正負電壓源範圍，總電路功率消耗約200uW。另外增添設計低通濾波器以及高通濾波器，進而減少高頻雜訊以及濾除掉輸入直流偏壓。