论文部分内容阅读
在通信系统中，信息传输成败的关键在于加载到一种物理变量上而进行传输的信号是否能够在接收端再生并转换为信息的原始表现形式。信息处理的目的是为了使信号能够有效地传输和再生，信息能够不失真地重现。一般来说，信息传输系统都需要转换器或换能器，作用是把信息从一种载体(电、光、声、机械等各种形式的信息)转换成到另一种载体上。信源处的换能器通常是一种传感器，而在信宿处的换能器则是与传感器作用相逆的动作器。不管是传感器，还是动作器，它们的效率常常都不高。因此，为了实现信息的有效转换，在信号输入端通常需要一种前置放大器，作用是把来自传感器的微弱信号放大到足够高的幅度，以便于处理和传输。而在信号输出端则需要一种驱动器，作用是输出足够大的功率(电学上就是高电压和/或大电流)，以驱动动作器给出足够强的信息表达形式，使信息接收者明确无误地获得信息。
光纤传输系统中，需要将电信息转换为光信号，这是激光器和它的驱动电路的主要功能。在神经功能再生微电子系统中，为了在神经中再生出神经信号，需要将物理电信号转换为生物电信号，这是生物电极和它的驱动电路的主要功能。本文重点研究激光器驱动电路和生物电极驱动电路。
在激光器驱动电路方面，本文采用AMS 0.8μm BiCMOS工艺设计了用于STM-1到STM-4速率光通信系统的电流输出的激光驱动器电路。采用两种器件电路结构仿真了激光驱动器电路，仿真结果显示电路在1.25Gb/s速率时眼图良好，输出电流超过85mA。采用0.2μm GaAs PHEMT工艺设计并实现了超高速光纤通信系统用激光二极管/调制器集成驱动器电路，芯片面积1.0mm×0.9mm。测试结果表明，采用单一+5V电源供电时直流功耗1.5W，输出最高电压幅度2.8V，电路最高工作速率高于24Gb/s，可以应用于STM-64速率的SDH(synchronous digital hierarchy)光纤通信传输系统。还采用0.2μm GaAs PHEMT工艺研究设计了40Gb/s速率激光驱动器。电路采用单一+5伏电源电压供电。仿真结果表明，激光驱动器电路能够正常工作在40Gb/s速率上。
在神经功能激励电路方面，采用CSMC 0.6μm CMOS工艺设计实现了电压和电流两种激励集成电路。将电压激励集成电路和电流激励集成电路分别与神经信号探测电路集成在一起，实现神经信号再生微电子系统芯片(SOC)。利用这些电路进行了大鼠和兔子的活体动物试验，成功地实现了大鼠和兔子的神经信号再生，取得了突破性的进展。