论文部分内容阅读
神经损伤与再生一直以来都是神经科学研究中的一项重要课题。目前,利用医学方法修复受损的神经系统,特别是受损的中枢神经系统,存在许多难以攻克的医学临床难题,随着神经科学与半导体学等其他学科的相互渗透,以及CMOS晶体管尺寸的越来越小,为在人体受损的神经处植入相应的芯片,完成神经信号的传输提供了可能。本文首先介绍神经信号的相关理论,包括神经元的结构和电学特点；然后介绍了用于采集和激励神经信号的电极种类,如植入式微电极和体表电极,并对几种常用的探测与激励神经信号的电路结构做了一些比较。本文设计的神经桥集成电路的核心电路是CMOS运算放大器,由于神经信号幅度微弱,随机性强,所以本文采用输入输出满摆幅的运算放大器作为系统电路的主运算放大器。本文在介绍模拟集成电路设计的流程,版图设计基础,多项目晶圆计划,模拟集成电路工艺和CMOS运算放大器的理论基础上,采用0.35μm CMOS工艺,设计了一种输入输出满摆幅、高性能运算放大器,后仿真结果显示该运算放大器在3.3V单电源电压供电下,开环增益为123.1dB,单位增益带宽为6.814MHz,相位裕度为82.21°,输入级跨导的变化维持在5.5%内,电源抑制比可以达到121.8dB,共模抑制比可以达到125.7dB。本文采用输入输出满摆幅高性能CMOS运算放大器,设计了一种电压激励方式的神经桥集成电路,该电路包括与神经电极相连的阻容耦合网络,前置仪表放大器,直流补偿电路,双T陷波网络和神经功能电激励电路。由于电容比电阻更加容易匹配,所以本文的神经功能电激励电路采用开关电容再放大电路。调节仪表放大器中的外置电阻的大小,调节系统电路的增益,后仿真结果显示电路增益59.7dB～119dB可调,3dB带宽大于9.5kHz,共模抑制比大于159.8dB,芯片尺寸0.88mm ×0.57mm.