微電子肌電橋關(guān)鍵電路的研究和設(shè)計(jì).pdf

1、對(duì)于癱瘓病人的治療和康復(fù)一直以來都是醫(yī)學(xué)界的難題，現(xiàn)有的醫(yī)學(xué)治療方法治療效率低，治療成本偏高，且康復(fù)效果因人而異。另一方面隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，信息學(xué)與生物學(xué)產(chǎn)生了學(xué)科交叉，利用微電子的方法為受損的神經(jīng)建立輔助信號(hào)通路成為了一種可能。理論上，通過上述方法可以實(shí)現(xiàn)受損神經(jīng)的功能再生，從而為治療癱瘓?zhí)峁┝艘粭l新的途徑。
　　本文首先對(duì)微電子肌電信號(hào)橋接電路的相關(guān)理論做研究分析。對(duì)比課題組之前實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了用同心圓電極作為激勵(lì)電極的

2、重建方法，并在此基礎(chǔ)上確定了電路結(jié)構(gòu)以及設(shè)計(jì)指標(biāo)。采用CSMC0.5μm CMOS工藝設(shè)計(jì)了微電子肌電橋關(guān)鍵電路，芯片電路由肌電信號(hào)探測(cè)電路、直流偏移補(bǔ)償電路、帶通濾波電路和信號(hào)放大電路四個(gè)部分組成。并根據(jù)指標(biāo)需要設(shè)計(jì)了兩種專門的運(yùn)算放大器:折疊式共源共柵的兩級(jí)運(yùn)算放大器和恒定跨導(dǎo)滿擺幅輸入輸出的兩級(jí)運(yùn)算放大器。后仿真結(jié)果顯示，折疊式共源共柵兩級(jí)運(yùn)算放大器具有104.6dB的高開環(huán)增益，86.4°的高相位裕度，7.9MHz的帶寬，以及7

3、.75×10-16 V2/Hz@1kHz低輸入噪聲。恒定跨導(dǎo)滿擺幅輸入輸出兩級(jí)運(yùn)算放大器輸入具有接近電源電壓的輸入輸出電平以及4.9％的低跨導(dǎo)誤差，滿足系統(tǒng)電路對(duì)運(yùn)算放大器的專門需求。芯片內(nèi)濾波器通過調(diào)節(jié)外接電容容抗的方式來調(diào)節(jié)截止頻率，芯片面積1150μm×950μm，工作在±2.5V的電源電壓下，功耗為4.57mW，外接33nF電容時(shí)，系統(tǒng)工作頻段為95.98Hz～6.26kHz。在該工作頻段內(nèi)能正常放大信號(hào)。
　　上述結(jié)構(gòu)電

4、路的下截止頻率是95.98Hz，而肌電信號(hào)在95.98Hz的頻率以下也存在。針對(duì)它們頻段不吻合的情況，對(duì)上述電路進(jìn)行了改進(jìn)。引入開關(guān)電容有源濾波器的電路結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后的電路不但降低了電路系統(tǒng)的下截止頻率，并且由于只需要調(diào)節(jié)輸入采樣信號(hào)的頻率就可以調(diào)節(jié)電路的工作頻率，引入的片外干擾更小，片內(nèi)集成度更高，更加符合生物實(shí)驗(yàn)和臨床要求。系統(tǒng)電路工作在±2.5V電源電壓下，芯片面積1150μm×1000μm，工作頻率為1.15Hz～2.65 kHz