微電子肌電橋關(guān)鍵電路的研究和設(shè)計.pdf

1、對于癱瘓病人的治療和康復一直以來都是醫(yī)學界的難題，現(xiàn)有的醫(yī)學治療方法治療效率低，治療成本偏高，且康復效果因人而異。另一方面隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，信息學與生物學產(chǎn)生了學科交叉，利用微電子的方法為受損的神經(jīng)建立輔助信號通路成為了一種可能。理論上，通過上述方法可以實現(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。
　　本文首先對微電子肌電信號橋接電路的相關(guān)理論做研究分析。對比課題組之前實驗結(jié)果，提出了用同心圓電極作為激勵電極的

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)計指標。采用CSMC0.5μm CMOS工藝設(shè)計了微電子肌電橋關(guān)鍵電路，芯片電路由肌電信號探測電路、直流偏移補償電路、帶通濾波電路和信號放大電路四個部分組成。并根據(jù)指標需要設(shè)計了兩種專門的運算放大器:折疊式共源共柵的兩級運算放大器和恒定跨導滿擺幅輸入輸出的兩級運算放大器。后仿真結(jié)果顯示，折疊式共源共柵兩級運算放大器具有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。恒定跨導滿擺幅輸入輸出兩級運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％的低跨導誤差，滿足系統(tǒng)電路對運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，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。
　　上述結(jié)構(gòu)電

4、路的下截止頻率是95.98Hz，而肌電信號在95.98Hz的頻率以下也存在。針對它們頻段不吻合的情況，對上述電路進行了改進。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，更加符合生物實驗和臨床要求。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