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脑研究是当代科学研究的热点,越来越多政府组织和科学家呼吁加强脑研究。我国在人脑科学方面的研究一直在提速,无论中国科学院宣布实施的卓越创新中心建设计划,还是“十三五”规划纲要中确定的一批重大科技项目,脑科学与人类脑研究都位列其中。随着一些基于专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit,ASIC)技术的纳米级生物芯片的问世,建立一个专注于小型化,智能化和高精度的生物微系统也成为可能。本文在充分考虑将微电子技术应用到海马体假体生物芯片的基础上,在国内先进的CMOS 40纳米工艺下设计并实现了一款低噪声神经信号放大器,其中还使用了衬底偏置补偿技术显著降低了芯片电路的功耗和对工艺的敏感度。本文的主要工作和创新点包括:1.在研究了神经信号低噪声放大器(Low Noise Amplifier,LNA)工作原理的基础上,介绍了本款LNA芯片设计需要关注的要点,包括低功耗设计、低噪声设计和抗工艺涨落设计等。提出了 Neural LNA的性能指标和系统结构。2.提出了 Neural LNA各个部分的功能实现方法。在能够实现整体电路性能的基础上,提出了各个模块电路设计实现的详细细节。并对整体电路的设计实现进行了性能分析和总结。3.分析了版图中的衬底耦合效应和减小失配的设计规则,完成了芯片的版图设计。并在后仿真的基础上进行了优化,最终在SMIC(中芯国际半导体公司)进行了流片并获得了成功的测试结果。4.本文设计的神经信号放大器,采用亚阈值CMOS设计技术、伪电阻技术和衬底偏置补偿技术,实现了在100 Hz～11.4 kHz的放大器带宽范围内(神经信号带宽范围为几百赫兹～几千赫兹)3.95μVrms的噪声和3.3 μW的功耗,从而实现了 3.45的噪声效率系数(Noise Efficiency Factor,NEF)。