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神经信号记录系统已经成为神经科学研究最为主要的手段之一,其中前端链路是神经信号记录系统中最为关键的一部分,直接决定了记录系统的整体性能。神经信号特有的信号特征和植入式系统的具体应用场景,为前端链路的设计在功耗、噪声和芯片面积等方面带来了新的挑战。本文针对不同的应用,研究对应的植入式神经信号记录系统中的前端电路模块。主要工作包括:1、针对具体的神经科学实验中对不同神经信号分别采集的具体需求,基于0.18μm CMOS工艺,设计了一款低噪声、低功耗且增益带宽可变的神经信号记录前端链路。该电路由前端放大电路、可变增益放大电路和Gm-C滤波器组成。在前端放大电路设计中,通过采用电流复用技术,在不增加功耗的情况下进一步减小等效输入噪声。利用Gm-C滤波器,可以有效减小神经信号滤波器的芯片面积,同时可以通过调节Gm-C滤波器中跨导运算放大器(Operational Transconductance Amplifier,OTA)的跨导,调节该滤波器的-3-dB低通截止频率。芯片测试结果表明,在1.8V供电下,电路消耗的总电流为22.3μA(包括偏置电路),前端放大电路在带宽为200Hz~5000Hz和1Hz~5kHz时的等效输入参考噪声分别为4.43μVrms和6.74μVrms,增益为46dB~64dB,高通截止频率和低通截止频率分别在0.1Hz~600Hz和600Hz~8kHz范围内可调。2、针对犹他电极和密歇根电极这两种高通量神经信号传感器,为了提高多通道神经记录系统的空间分辨率,基于0.18μm CMOS工艺,设计了一款用于多通道神经信号记录的新型前端链路,包括前端放大器和带通滤波器。该设计具有面积小、低噪声和高输入阻抗等优点。在前端放大器的设计中,通过对传统折叠套筒式全差分运算放大器进行改进,实现电流反馈,提高了输入阻抗,同时减少了片上电容的使用,进一步缩小芯片面积。仿真结果表明,该前端链路带宽内增益为46dB,高通截止频率在<1Hz~600HZ内可调,低通截止频率为10.6kHz。在1.8V电源电压工作条件下,电路共消耗4.6μA电流(不包括偏置电路),从1Hz~10.6kHz和200Hz~10.6kHz内积分的等效输入参考噪声分别为4.8μVrms和3.89μVrms,芯片面积为0.0397mm2。