植入式中枢神经功能恢复系统中激励电路的设计与实现

摘要

本文探索了利用微电子学的方法恢复坏死或受损的神经束功能。 提出了利用跨导放大器电路实现神经的电流激励以完成系统功能。在设计中利用MOS管线性区特性实现了满摆幅输入的跨导放大器，通过对电路的.MOS管的二阶效应分析，利用前馈等结构提高了电路的线性度与共模抑制特性。在CSMC公司的0.6μm的CMOS工艺上实现了该电路，芯片面积为0.6mm<'2>，经过测试该电路实现了满摆幅的输入，在±2.5V的工作电压下，跨导为0.39mS，输出失调电流195nA，输出电阻为1.2MΩ，共模抑制比54dB，总谐波失真1.88％。满足了系统要求，并在动物实验中验证了芯片的功能。 此外，在改进此跨导放大器设计的基础上，设计了用于处理神经信号的50Hz g<,m>-C带阻滤波器，得到仿真结果为-3dB带宽33Hz，陷波深度-39.6dB，输出阻抗0.02Ω，总谐波失真0.18％。该带阻滤波器可应用于滤除神经信号中50Hz干扰信号。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章概述

1.1电子系统在生物体功能恢复中的应用与研究情况

1.2中枢神经功能重建系统

1.2.1中枢神经系统及其损伤

1.2.2中枢神经损伤的医学修复

1.2.3中枢神经功能重建系统微电子系统

1.3本文的研究内容

第二章神经电信号激励的原理与方法

2.1神经元的信号传导与电学特性

2.1.1神经元的信号传导

2.1.2神经元的电学等效模型

2.1.3神经元的电刺激分析

2.1.4神经元的电刺激方法

2.2电压激励

2.3电流激励

2.4电压激励与电流激励的理论分析结果比较

2.5神经电激励所采用的信号

第三章应用于神经激励的跨导放大器设计

3.1电路参数定义和设计要求

3.2设计所用工艺

3.2.1工艺介绍

3.2.2 MOS管的二阶效应

3.3常见的跨导放大器电路结构

3.3.1源耦差分结构

3.3.2浮动电压源结构

3.3.3 MOS管线性区工作结构

3.4电路结构的分析与设计

3.4.1电路的原理与分析计算

3.4.2电路二阶效应分析

3.4.3电路结构优化

3.4.4基准电路

3.4.5电路仿真结果

3.5版图设计

3.5.1版图设计中注意的问题

3.5.2静电保护设计

3.5.3跨导放大器版图

3.6芯片测试与分析

3.6.1测试平台

3.6.2在片测试

3.6.3封装测试

3.6.4测试结果分析与问题讨论

第四章动物验证试验

4.1应用于动物实验的实验箱

4.2实验箱的动物试验结果

4.3芯片的动物实验验证

4.3.1试验平台

4.3.2芯片动物验证试验结果

第五章gm-C带阻滤波器的设计

5.1跨导放大器电路结构改进

5.1.1电路输出的改进

5.1.2偏置电路的改进

5.2应用于信号处理单元50Hz gm-C带阻滤波器

5.2.1常见的滤波器特点

5.2.2 gm-C带阻滤波器的设计

5.2.3 gm-C带阻滤波器的仿真结果

5.3进一步的改进

第六章总结

参考文献

致谢

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