【摘要】：近年來(lái),隨著微電子技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷發(fā)展,這一交叉領(lǐng)域在學(xué)術(shù)界得到了越來(lái)越多的關(guān)注。在諸如生物電信號(hào)采集、腦機(jī)接口等重要應(yīng)用中,對(duì)信號(hào)采集設(shè)備的體積、功耗、噪聲等性能提出了非常高的要求。作為生物電信號(hào)采集系統(tǒng)中關(guān)鍵模塊的模擬前端放大器,對(duì)系統(tǒng)整體性能有著決定性的影響,從而引起了研究人員的極大關(guān)注。目前,低功耗、低噪聲、高輸入阻抗、高共模抑制比、高電源電壓抑制比以及面積小是模擬前端放大器的主要關(guān)注點(diǎn)。本文主要針對(duì)植入式多通道腦電信號(hào)采集的應(yīng)用,對(duì)相應(yīng)的前端放大器電路模塊進(jìn)行了研究、分析與設(shè)計(jì)。主要工作包括:(1)針對(duì)植入式多通道腦電信號(hào)采集的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了分析,從系統(tǒng)的角度出發(fā),探討了模擬前端放大電路的整體性能需求。基于閉環(huán)電容反饋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了采用斬波穩(wěn)定技術(shù)的多通道放大器系統(tǒng),該放大器由兩級(jí)放大電路、斬波開(kāi)關(guān)構(gòu)成。(2)針對(duì)植入式設(shè)備對(duì)于低噪聲、低功耗的需求,在現(xiàn)有的用于優(yōu)化NEF的電流復(fù)用結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了一種新型的反相器堆疊電流復(fù)用結(jié)構(gòu)�；谒募�(jí)反相器堆疊,實(shí)現(xiàn)了一種具有低復(fù)雜度、低噪聲效率因子等特點(diǎn)的四通道腦電信號(hào)采集的前端放大器芯片。使用UMC 0.18μm CMOS工藝對(duì)所提出的新型反相器堆疊電流復(fù)用結(jié)構(gòu)前端放大器芯片進(jìn)行設(shè)計(jì),仿真結(jié)果表明所設(shè)計(jì)的放大器芯片在1.8V電源電壓下,小號(hào)的總電流為198nA,-3dB帶寬為5.41kHz,輸入噪聲功率譜密度為76.6nV/√Hz,增益為25.6dB,噪聲效率因子和功耗效率因子分別為0.888和1.419。此外,與傳統(tǒng)的正交電流復(fù)用結(jié)構(gòu)相比,該反相器堆疊結(jié)構(gòu)還具有無(wú)需電流重組電路,通道間串?dāng)_低,輸出支路數(shù)目隨堆疊層數(shù)線性增長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)。這些優(yōu)點(diǎn)使得反相器堆疊結(jié)構(gòu)具有更低的復(fù)雜度、更好的性能以及實(shí)現(xiàn)更高階的電流復(fù)用的可能性,令其成為一種更適合實(shí)現(xiàn)超低噪聲效率因子的新一代多通道腦電信號(hào)放大器結(jié)構(gòu)。
【圖文】：

第二章 系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì) MOS 管噪聲分析擬信號(hào)會(huì)受到器件電子噪聲和環(huán)境噪聲兩種類型的干擾，器件電子噪聲來(lái)，環(huán)境噪聲則來(lái)源于電源、地線、襯底的隨機(jī)干擾。在模擬集成電路設(shè)計(jì)件電子噪聲作為主要考慮的因素。OS 管中的噪聲主要分為熱噪聲和閃爍噪聲兩種。熱噪聲的來(lái)源是導(dǎo)體中動(dòng)，在 100THz 的頻率以內(nèi)其功率譜密度都是平坦的，，因此通�？蓪⑵湟�。熱噪聲可以用一個(gè)串聯(lián)在電阻上的電壓源或者一個(gè)并聯(lián)在電阻上的電流于 MOS 器件來(lái)說(shuō)，由于溝道電阻的存在，可以用一個(gè)并聯(lián)于溝道電阻的 MOS 器件熱噪聲，如圖 2-1(a)所示。

圖 3-8 兩種基準(zhǔn)電路結(jié)構(gòu)的仿真結(jié)果比較流源通過(guò)電流鏡為放大電路提供偏置電流。為了抑制溝道長(zhǎng)度共源共柵電流源作為放大電路的尾電流源，其電路結(jié)構(gòu)如圖 3中的 Vbiasp，可以為圖 3-7(c)中的 PMOS 管提供柵極電壓，將 流鏡中。本文針對(duì)尾電流源對(duì) VDD 的靈敏度進(jìn)行了直流仿真。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN722;TN911.7;TN402;R318

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 柳淵;孫偉;嚴(yán)漢民;;高頻振蕩的采集和分析方法的研究[J];中國(guó)醫(yī)學(xué)裝備;2013年11期

本文編號(hào)：2592445