用于植入式神經(jīng)信號(hào)記錄的低噪聲低功耗高精度儀表放大器的研究與設(shè)計(jì).pdf

1、近年來(lái),神經(jīng)信號(hào)記錄技術(shù)蓬勃發(fā)展,對(duì)神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)義肢學(xué)的發(fā)展起著重要的推動(dòng)作用,也為患者的治療帶來(lái)了希望。植入式神經(jīng)記錄SoC中的模擬前端接口電路是連接神經(jīng)信號(hào)到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)處理器的橋梁,而儀表放大器位于其最前端,決定了后級(jí)模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的精度。論文針對(duì)此開展研究,提出了一種可同時(shí)處理區(qū)域場(chǎng)電勢(shì)和動(dòng)作場(chǎng)電勢(shì)的用于細(xì)胞外神經(jīng)信號(hào)記錄SoC的低電壓微功耗儀表放大器的設(shè)計(jì)并予以實(shí)現(xiàn)。
　　 論文第一章是緒論,第二章和第三章分別討論了電極和

2、神經(jīng)信號(hào)的特性,第四章針對(duì)輸入信號(hào)和前端環(huán)境特點(diǎn)提出了儀表放大器的系統(tǒng)要求。論文的第五章對(duì)低噪聲低失調(diào)放大器設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了深入的研究與討論。在前述工作基礎(chǔ)上,第六章給出一個(gè)高性能儀表放大器的設(shè)計(jì)。該放大器采用了獨(dú)立偏置電容反饋結(jié)構(gòu)對(duì)電極的失調(diào)電壓實(shí)行高通濾波,將電容面積減小到僅為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的1％。同時(shí),通過(guò)避免使用電阻驅(qū)動(dòng)級(jí)而降低了功耗。在運(yùn)算跨導(dǎo)放大器(OTA)的設(shè)計(jì)中采用了自調(diào)零技術(shù)和pingpong結(jié)構(gòu)將失調(diào)電壓降低至微伏級(jí)。此外,

3、還采用斬波調(diào)制技術(shù)來(lái)處理由自調(diào)零中的采樣保持引起的白噪聲折疊問(wèn)題。所設(shè)計(jì)的1V電壓一級(jí)current-starving cascode OTA,達(dá)到了160dB DC增益,2MHz的增益帶寬積,電流消耗為2uA。由于內(nèi)部集成了調(diào)零輸入端來(lái)避免額外的偏置電流,并使用了連續(xù)時(shí)間的兩級(jí)互補(bǔ)輸入的放大器做共模反饋電路避免了電阻分壓帶來(lái)的額外面積和熱噪聲。電路中的控制邏輯中采用了D觸發(fā)器和反向鎖相器來(lái)消除電路延時(shí)帶來(lái)的毛刺。
　　 設(shè)計(jì)在