本文關鍵詞：微電子肌電橋關鍵電路的研究和設計　出處：《東南大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：對于癱瘓病人的治療和康復一直以來都是醫(yī)學界的難題,現(xiàn)有的醫(yī)學治療方法治療效率低,治療成本偏高,且康復效果因人而異。另一方面隨著信息技術的高速發(fā)展,信息學與生物學產生了學科交叉,利用微電子的方法為受損的神經建立輔助信號通路成為了一種可能。理論上,通過上述方法可以實現(xiàn)受損神經的功能再生,從而為治療癱瘓?zhí)峁┝艘粭l新的途徑。本文首先對微電子肌電信號橋接電路的相關理論做研究分析。對比課題組之前實驗結果,提出了用同心圓電極作為激勵電極的重建方法,并在此基礎上確定了電路結構以及設計指標。采用CSMC0.5μm CMOS工藝設計了微電子肌電橋關鍵電路,芯片電路由肌電信號探測電路、直流偏移補償電路、帶通濾波電路和信號放大電路四個部分組成。并根據(jù)指標需要設計了兩種專門的運算放大器：折疊式共源共柵的兩級運算放大器和恒定跨導滿擺幅輸入輸出的兩級運算放大器。后仿真結果顯示,折疊式共源共柵兩級運算放大器具有104.6dB的高開環(huán)增益,86.4。的高相位裕度,7.9MHz的帶寬,以及7.75×10-16 V2/Hz@1kHz低輸入噪聲。恒定跨導滿擺幅輸入輸出兩級運算放大器輸入具有接近電源電壓的輸入輸出電平以及4.9%的低跨導誤差,滿足系統(tǒng)電路對運算放大器的專門需求。芯片內濾波器通過調節(jié)外接電容容抗的方式來調節(jié)截止頻率,芯片面積1150μm×950gm,工作在±2.5V的電源電壓下,功耗為4.57mW,外接33nF電容時,系統(tǒng)工作頻段為95.98Hz-6.26kHz。在該工作頻段內能正常放大信號。上述結構電路的下截止頻率是95.98Hz,而肌電信號在95.98Hz的頻率以下也存在。針對它們頻段不吻合的情況,對上述電路進行了改進。引入開關電容有源濾波器的電路結構。優(yōu)化后的電路不但降低了電路系統(tǒng)的下截止頻率,并且由于只需要調節(jié)輸入采樣信號的頻率就可以調節(jié)電路的工作頻率,引入的片外干擾更小,片內集成度更高,更加符合生物實驗和臨床要求。系統(tǒng)電路工作在±2.5V電源電壓下,芯片面積1150μm×1000μm,工作頻率為1.15Hz-2.65kHz,與肌電信號頻段相符,直流功耗5.33mW,實現(xiàn)了肌電信號橋接并放大的功能。
[Abstract]:The treatment and rehabilitation of paralyzed patients has always been a difficult problem in the medical field. The existing medical treatment methods have low efficiency and high treatment cost. On the other hand, with the rapid development of information technology, informatics and biology have interdiscipline. It is possible to establish an auxiliary signal pathway for the injured nerve by using microelectronic method. Theoretically, the injured nerve can be regenerated by the above methods. This provides a new way for the treatment of paralysis. Firstly, this paper studies and analyzes the theory of the bridge circuit of microelectronic EMG signal, and compares the experimental results before the research group. A reconstruction method using concentric circular electrode as excitation electrode is proposed. On this basis, the circuit structure and design index are determined. The key circuit of microelectronic myoelectric bridge is designed by CSMC0.5 渭 m CMOS technology, and the chip circuit is detected by EMG signal. DC offset compensation circuit. Four parts are composed of band-pass filter circuit and signal amplifying circuit. Two special operational amplifiers are designed according to the requirements of the index. The two-stage operational amplifier of the foldable common-gate and the two-stage operational amplifier with constant transconductance full swing input and output. The post-simulation results show. The foldable common-grid two-stage operational amplifier has a high open-loop gain of 104.6dB and a high phase margin of 7.9MHz. And 7.75 脳 10-16. V2 / Hz@ 1kHz low input noise. Constant transconductance full swing input and output two stage operational amplifier input and output level close to the supply voltage and low transconductance error of 4.9%. The on-chip filter adjusts the cutoff frequency by adjusting the capacitive reactance of the external capacitor. The chip area is 1150 渭 m 脳 950gm. When the power consumption is 4.57mW and the external capacitor is 33nF, the power consumption is 4.57mW at 鹵2.5V power supply voltage. The operating frequency range of the system is 95.98Hz-6.26kHz. The signal can be amplified normally in the working band. The lower cut-off frequency of the circuit is 95.98Hz. EMG signals also exist at the frequency of 95.98 Hz. The circuit structure of switched capacitor active filter is introduced. The optimized circuit not only reduces the lower cutoff frequency of the circuit system. Since only the frequency of the input sampling signal can be adjusted, the out-of-chip interference is smaller and the in-chip integration is higher. The system circuit works at 鹵2.5V power supply voltage, the chip area is 1150 渭 m 脳 1000 渭 m, and the working frequency is 1.15Hz-2.65kHz. In accordance with the frequency band of EMG signal, the DC power consumption is 5.33mW. the bridge and amplification function of EMG signal is realized.
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：R496;TN402

【參考文獻】

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本文編號：1377460