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中枢神经系统的损伤非常普遍,但在医学上缺乏修复的方法。随着微电子学和神经生物学等相关领域的飞速发展,可植入式芯片技术开始应用于神经疾病的研究与治疗。本文中的电流激励神经信号再生集成电路探索了利用微电子学的方法恢复坏死或受损的神经束功能。
采用分立器件研制的四通道神经信号再生电子系统已多次成功应用于动物实验的神经信号再生,在该系统的基础上确定了电流激励神经信号再生集成电路的设计指标。电流激励神经信号再生集成电路采用华润上华0.5μm CMOS工艺设计,电路包括神经信号探测电路和跨导输出电路,神经信号探测电路由全差分运算放大器和仪表放大器组成,跨导输出电路为一跨导放大器。芯片尺寸为0.93mm×0.60mm。仿真结果显示在±2.5V工作电压下,芯片功耗8.1mW,最大输出电流可达0.35mA,跨导0.32mS,输出电阻为152kΩ,总谐波失真小于2.5%,3dB带宽大于4kHz。在测试中,芯片第一级发生振荡。通过对电路进行分析,找到了振荡原因。对跨导输出电路单独测试,跨导值为0.27mS,功耗小于5mW。
采用新的结构对电流激励神经信号再生集成电路进行设计,它由与神经电极相接的阻容耦合网络、前置放大电路、中间放大级和跨导输出级组成。芯片采用华润上华0.5μmCMOS工艺设计,尺寸为0.86mm×0.82mm。经在片测试,芯片在±2.5V工作电压下,功耗小于10mW,跨导放大器跨导值为0.45mS,共模抑制比大于60dB,3dB带宽大于4kHz,与仿真结果较符合。