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

1、近年來,神經(jīng)信號記錄技術(shù)蓬勃發(fā)展,對神經(jīng)科學(xué)和神經(jīng)義肢學(xué)的發(fā)展起著重要的推動作用,也為患者的治療帶來了希望。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)信號到數(shù)字數(shù)據(jù)處理器的橋梁,而儀表放大器位于其最前端,決定了后級模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換的精度。論文針對此開展研究,提出了一種可同時處理區(qū)域場電勢和動作場電勢的用于細胞外神經(jīng)信號記錄SoC的低電壓微功耗儀表放大器的設(shè)計并予以實現(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)信號的特性,第四章針對輸入信號和前端環(huán)境特點提出了儀表放大器的系統(tǒng)要求。論文的第五章對低噪聲低失調(diào)放大器設(shè)計技術(shù)進行了深入的研究與討論。在前述工作基礎(chǔ)上,第六章給出一個高性能儀表放大器的設(shè)計。該放大器采用了獨立偏置電容反饋結(jié)構(gòu)對電極的失調(diào)電壓實行高通濾波,將電容面積減小到僅為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的1％。同時,通過避免使用電阻驅(qū)動級而降低了功耗。在運算跨導(dǎo)放大器(OTA)的設(shè)計中采用了自調(diào)零技術(shù)和pingpong結(jié)構(gòu)將失調(diào)電壓降低至微伏級。此外,

3、還采用斬波調(diào)制技術(shù)來處理由自調(diào)零中的采樣保持引起的白噪聲折疊問題。所設(shè)計的1V電壓一級current-starving cascode OTA,達到了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)零輸入端來避免額外的偏置電流,并使用了連續(xù)時間的兩級互補輸入的放大器做共模反饋電路避免了電阻分壓帶來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)器和反向鎖相器來消除電路延時帶來的毛刺。
　　 設(shè)計在