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神经电信号中包含神经所要传送的信息。神经中断后,通过神经传送信息的通路就中断了。因此,神经的功能也就丧失了。为了给中断的神经建立一条信号传送的通路,实现神经功能的再生,在自然科学基金(项目编号:90377013)的资助下,我们采用微电子系统与神经系统相结合的方法,开展了神经信号重建的探索研究,以期接通中断了的神经信号。本论文主要研究电流输出的神经信号再生电路的设计。
本文首先采用分离器件研制了多通道神经信号再生实验仪器,该仪器多次应用于动物实验,确定了芯片设计的指标;在此基础上,采用华润上华0.6μm CMOS工艺研制了电流输出神经信号再生芯片,包括探测级、缓冲级和跨导输出级,芯片尺寸1.23mm×1.06mm,经过在片测试,芯片在5V供电电压下,带宽为200Hz-33kHz,输出电流最高可达1mA,功耗45mW,跨导可达0.1S,共模抑制比大于66dB,输出电阻为384kΩ,总谐波失真小于5%,性能满足神经信号再生系统要求;然后,采用多芯片组件技术研制了神经信号再生微模块,在实验中验证了芯片有效性。
针对神经信号再生芯片使用中提出的新的要求,重新改进设计了一块低功耗电流输出神经信号再生芯片,包括探测级、中间增益级和低功耗跨导输出级,芯片尺寸0.65mm×0.65mm,经过在片测试,芯片在3.3-6V供电电压下,带宽覆盖400Hz-10kHz,输出电流最高可达0.7mA,功耗1.98-3.6mW,跨导可达2.4S,共模抑制比大于66dB,输出电阻为314kD,总谐波失真小于5%。