电压激励神经信号再生系统的研究

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1、东南大学硕士学位论文电压激励神经信号再生系统的研究姓名：毛晓轶申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：李文渊20080101摘要微电子技术和神经科学相结合，利用微电子器件辅助进行神经信号的再生，是一项科学的探索。神经信号再生微电子系统是利用微电子方法为受损神经建立辅助的信号通路，从而探索治疗神经损伤新方法。神经信号再生微电子系统包括神经微电极、神经信号放大器、神经信号处理器、功能电激励信号发生器以及体内供能模块。利用神经微电极由神经束近端检测来自大脑的运动控制信号，采用微电子器件对信号进行处理后，再通过电极将信号传导至神经束远端，实现神经信号再生。本文设

2、计了神经信号放大用的微弱信号放大电路。微弱信号放大电路的主要放大模块是电流模放大电路，电路具有很高的共模抑制能力。电路工作于±2．5V电压之下，增益可利用片外电阻调节，仿真显示电路增益可以达到100dB，共模抑制比可以达到152dB，电路功耗7．7roW。电路采用CSMC0．6InnCMOS工艺实现，芯片尺寸为0．87mm)‘1．04mm。在微弱信号放大电路的基础上，设计了单通道电压激励神经信号再生电路。电路包括与神经电极相接的阻容祸合网络、前置放大电路、缓冲电路和神经功能电激励电路。系统工作于±2。5V电压之下，增益利用片外电阻调节，仿真显示电路增益40d

3、B～100dB可调，3dB带宽大于10kHz，功耗8．2mW。利用6个单通道电压激励神经信号再生电路，制作了6通道电压激励神经信号再生电路，通过流片封装制作出6通道电压激励神经信号再生系统，并测试了系统的性能。针对电压激励神经信号再生电路芯片测试中发现的问题进行了改进，简化了电路的结构并提高了电路的集成度。仿真显示电路增益可以达到100dB，功耗5．4roW，输出电阻59m92。电路通过CSMCO．6p．mCMOS工艺实现，芯片尺寸O．97mmx0．65ram，并对流片后的芯片进行了测试。关键词：神经信号再生，功能电激励，CMOS，运算放大器，仪表放大器Ab

4、stractTherealizationofn即ralsignalregenerationisascientificrcseal'ohwhichusesmicroclectronicdevicethroughcombiningmioroelectronioswithneuralscienc培．TheneuralsignalregenerationsystemestablishesartauxiliarysignalpathwayfortheinjuredRcrvcsbyusingmicroclcctroniostechnology．Theneuralsign

5、alregenerationsystemconsistsofmicro-electrodes，signaldetectingcircuits，signalprocessingcircuits，functionelectricalstimulation(FES)circuitsandpowersupply0ircuits．Themicro-electrodesdetectstheneuralsignalsfromupperinjurednerves，andthentheimplantablemicroclectronicdeviceanalyzesandpro

6、cessesthesignalsandtransfersthesignalstolowerinjun：dnervesthroughanothermicro-clcctrodes．Aweaksignal-detectingcircuitforneuralsignaldetectingispresentedforthesystem．ThecircuitUSesthecurrent-modeinstrumentationamplifier鹪themainamplifier,SOithasahighCommon．modeRcjcotionRatio(CMRR)．Tl

7、lepoworsupplyofthecircuitis士2．5V，andthegainofthecircuitc锄bemodifiedthroughchangingtheoff-chipresistor．Thesimulationresultsindicatethatthegainofthecircuitis100dBandtheC眦iS152dB．Thepowerconsumptionofthecircuitis7．7mW．Thew℃al【signal．detectingcircuithasbeenrealizedina0．6ttmCMOStechnolo

8、gyofCSMC．The0hipsizeisO．87