發(fā)布時(shí)間：2019-05-22 05:15

【摘要】：神經(jīng)損傷與再生一直以來都是神經(jīng)科學(xué)研究中的一項(xiàng)重要課題。目前,利用醫(yī)學(xué)方法修復(fù)受損的神經(jīng)系統(tǒng),特別是受損的中樞神經(jīng)系統(tǒng),存在許多難以攻克的醫(yī)學(xué)臨床難題,隨著神經(jīng)科學(xué)與半導(dǎo)體學(xué)等其他學(xué)科的相互滲透,以及CMOS晶體管尺寸的越來越小,為在人體受損的神經(jīng)處植入相應(yīng)的芯片,完成神經(jīng)信號的傳輸提供了可能。本文首先介紹神經(jīng)信號的相關(guān)理論,包括神經(jīng)元的結(jié)構(gòu)和電學(xué)特點(diǎn)；然后介紹了用于采集和激勵(lì)神經(jīng)信號的電極種類,如植入式微電極和體表電極,并對幾種常用的探測與激勵(lì)神經(jīng)信號的電路結(jié)構(gòu)做了一些比較。本文設(shè)計(jì)的神經(jīng)橋集成電路的核心電路是CMOS運(yùn)算放大器,由于神經(jīng)信號幅度微弱,隨機(jī)性強(qiáng),所以本文采用輸入輸出滿擺幅的運(yùn)算放大器作為系統(tǒng)電路的主運(yùn)算放大器。本文在介紹模擬集成電路設(shè)計(jì)的流程,版圖設(shè)計(jì)基礎(chǔ),多項(xiàng)目晶圓計(jì)劃,模擬集成電路工藝和CMOS運(yùn)算放大器的理論基礎(chǔ)上,采用0.35μm CMOS工藝,設(shè)計(jì)了一種輸入輸出滿擺幅、高性能運(yùn)算放大器,后仿真結(jié)果顯示該運(yùn)算放大器在3.3V單電源電壓供電下,開環(huán)增益為123.1dB,單位增益帶寬為6.814MHz,相位裕度為82.21°,輸入級跨導(dǎo)的變化維持在5.5%內(nèi),電源抑制比可以達(dá)到121.8dB,共模抑制比可以達(dá)到125.7dB。本文采用輸入輸出滿擺幅高性能CMOS運(yùn)算放大器,設(shè)計(jì)了一種電壓激勵(lì)方式的神經(jīng)橋集成電路,該電路包括與神經(jīng)電極相連的阻容耦合網(wǎng)絡(luò),前置儀表放大器,直流補(bǔ)償電路,雙T陷波網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)功能電激勵(lì)電路。由于電容比電阻更加容易匹配,所以本文的神經(jīng)功能電激勵(lì)電路采用開關(guān)電容再放大電路。調(diào)節(jié)儀表放大器中的外置電阻的大小,調(diào)節(jié)系統(tǒng)電路的增益,后仿真結(jié)果顯示電路增益59.7dB～119dB可調(diào),3dB帶寬大于9.5kHz,共模抑制比大于159.8dB,芯片尺寸0.88mm ×0.57mm.
[Abstract]:Nerve injury and regeneration have always been an important topic in neuroscience research. At present, the use of medical methods to repair the damaged nervous system, especially the damaged central nervous system, there are many difficult medical clinical problems, with the mutual penetration of neuroscience and semiconductor and other disciplines. And the size of CMOS transistor is getting smaller and smaller, which makes it possible to insert the corresponding chip into the damaged nerve of human body and complete the transmission of neural signal. In this paper, the related theories of neural signals are introduced, including the structure and electrical characteristics of neurons. Then the types of electrodes used to collect and excite neural signals, such as implantable microelectrodes and body surface electrodes, are introduced, and several common circuit structures for detecting and exciting neural signals are compared. The core circuit of the neural bridge integrated circuit designed in this paper is the CMOS operational amplifier. Because the amplitude of the neural signal is weak and the randomness is strong, the input and output full swing operational amplifier is used as the main operational amplifier of the system circuit. Based on the introduction of the process of analog integrated circuit design, the basis of layout design, multi-project wafer planning, analog integrated circuit technology and CMOS operational amplifier theory, a full swing of input and output is designed by using 0.35 渭 m CMOS process. The simulation results show that the open-loop gain is 123.1dB, the unit gain bandwidth is 6.814MHz, and the phase margin is 82.21 擄. The transconductivity of the input stage is maintained within 5.5%, the power rejection ratio can reach 121.8 dB, and the common mode rejection ratio can reach 125.7 dB. In this paper, a voltage excited neural bridge integrated circuit is designed by using an input / output full swing high performance CMOS operational amplifier. The circuit includes a resistance-capacitance coupling network connected to the nerve electrode, a preinstrument amplifier and a DC compensation circuit. Double T notch network and neural functional electric excitation circuit. Because the capacitance specific resistance is easier to match, the switched capacitor reamplifier circuit is used in the neural function electric excitation circuit in this paper. The external resistance in the instrument amplifier is adjusted and the gain of the system circuit is adjusted. The simulation results show that the gain of the circuit 59.7dB~119dB is adjustable, the 3dB bandwidth is more than 9.5kHz, the common-mode rejection ratio is more than 159.8dB, and the chip size 0.88mm 脳 0.57mm.
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN402

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本文編號：2482708