多通道神经信号再生集成电路

介绍了一个六通道的神经信号再生集成电路.每一个通道均由检测电路和激励电路组成.检测电路用低噪声、高共模抑制比的仪器放大器从神经元的上端探测神经信号.激励电路中,采用反相运算放大器来进一步放大神经信号,放大的神经信号通过一个缓冲器来激励受损神经的下端神经元,实现了神经信号的传递,从而实现再生的功能.电路采用CSMC0.5 μm CMOS工艺设计,整个六通道的芯片版图面积为1.9 mm×1.6 mm.电路的后仿结果如下:在士2.5 V的供电电压下,单通道电路的功耗为3.9 mW;在100 Hz到7 kHz的频率范围内,等效输入噪声为25.4 nV/sqrt(Hz);增益带宽积达到7.6MHz,可实现60 dB到110 dB的可调增益,输出阻抗为6.2 Ω.     

应用于10Gb/s光接收机的全差分CMOS跨阻前置电路设计

设计了一种的低成本、低功耗的10 Gb/s光接收机全差跨阻前置放大电路。该电路由跨阻放大器、限幅放大器和输出缓冲电路组成,其可将微弱的光电流信号转换为摆幅为400 mVpp的差分电压信号。该全差分前置放大电路采用0.18 m CMOS工艺进行设计,当光电二极管电容为250 fF时,该光接收机前置放大电路的跨阻增益为92 dB,-3 dB带宽为7.9 GHz,平均等效输入噪声电流谱密度约为23 pA/(0~8 GHz)。该电路采用电源电压为1.8 V时,跨阻放大器功耗为28 mW,限幅放大器功耗为80 mW,输出缓冲器功耗为40 mW,其芯片面积为800 m1 700 m。     

一种基于gm-ID方法的神经信号放大电路

为探测幅值极小、分布频域很低的神经信号,基于gm-ID方法设计了一种低电压、低功耗跨导运算放大器。该运算放大器采用了带增益自举模块的AB类低电压伪差分放大结构。在此基础上,设计了电容反馈神经信号放大电路。仿真结果表明,神经信号放大电路在低电源电压、低功耗下具有较高的共模抑制比和电源抑制比。电路的各关键指标达到良好均衡,满足探测神经信号的需求。     

高速差分探头在应用中的设计与研究

分析了对带宽要求较高的全差分放大器LMH6551MA和3个高速运放LMH6703组合而成的差分探头电路,由于LMH6551MA是一款带宽较大的电压反馈型放大器,所以可用于差分信号源的组成。3个LMH6703构成电压增益可由外部电阻自由控制在1~10之间的仪表放大器。最后再通过一个基于LMH6703的二阶低通滤波器在20 MHz频率范围内得到一个失真较小的原始信号。差分信号源中单端转双端放大器的设计要进行阻抗匹配,而仪表放大器在得到电路放大倍数的同时能有效抑制共模信号。     

一款宽供电电压范围工作的植入式神经信号记录前端芯片

摘要：本文设计了一款宽电压供电范围、用于神经电信号采集的前端芯片。该芯片主要由前端放大电路、仪表放大器（IA）和循环结构模数转换器（CADC）构成。在不采用分立元件的情况下,前端放大电路采用电容耦合、电容反馈的拓扑结构,结合伪电阻的应用,产生一个小于1Hz的-3dB高通频率截止点。双运算仪表放大器用于进一步提高增益的同时也为后续的模数转换电路提供一个较低的输出阻抗。前端放大电路和仪表放大电路共提供45.8dB的增益,其等效输入参考噪声电压为6.7uV从1Hz~5KHz积分）。放大后的信号被12位采样精度的ADC采样,该ADC最高采样速率为139KS/s,有效位数为8.7位。整个电路在1.34V到3.3V供电范围内消耗的总电流为165uA到 216uA。该芯片采用联华电子公司（UMC）的0.18-um 工艺制造,总面积1.06mm2 。该芯片在仿真生理环境下成功地记录到了神经电信号。     

智能化传感器中应用仪表放大器的电路设计

在智能化传感器系统中广泛采用仪表放大器构成信号的放大处理电路。放大差分信号的仪表放大器在实际应用中,要考虑输入共模电压范围、增益的选择、滤波、共模频率、输入电流回路设计等问题,以及选择信号的输入方式。针对这些问题,本文进行了较为详尽的讨论。     

24Gb/s GaAs PHEMT激光二极管/调制器驱动器

采用0.2μm GaAs PHEMT工艺设计并实现了超高速光纤通信系统用激光二极管/调制器集成驱动器电路.整个电路由带源极跟随器的两级差分放大电路、电容耦合电流放大器和输出电路组成.电路芯片面积为1.0mm×0.9mm.测试结果表明,采用单一 5V电源供电时直流功耗为1.5W,输出最高电压幅度为2.4V,电路最高工作速率高于24Gb/s,可以应用于光纤通信SDH(synchronous digital hierarchy)传输系统.     

24Gb/s GaAs PHEMT激光二极管/调制器驱动器

采用0.2μm GaAs PHEMT工艺设计并实现了超高速光纤通信系统用激光二极管/调制器集成驱动器电路.整个电路由带源极跟随器的两级差分放大电路、电容耦合电流放大器和输出电路组成.电路芯片面积为1.0mm×0.9mm.测试结果表明,采用单一+5V电源供电时直流功耗为1.5W,输出最高电压幅度为2.4V,电路最高工作速率高于24Gb/s,可以应用于光纤通信SDH(synchronous digital hierarchy)传输系统.     

开关式低压CMOS温度传感器的设计与实现

介绍了一种基于0.18μm CMOS工艺,具有开关功能的低压集成温度传感器。该温度传感器利用半导体pn结的电流电压与温度有关的特性,获取双极晶体管基极-发射极电压差值ΔVBE,采用仪表放大器进行后级放大。仪表放大器由两个采用折叠式共源共栅结构,带有PD开关信号的运算放大器作为反馈系统,放大倍数为7。用ADE工具,对整个电路在工作电压1.8 V、偏置电流20μA下进行仿真,得到其精度为1.58 mV/℃,再在不同工艺角下进行仿真验证。版图总面积为320μm×280μm。该设计已经在一款数字视频芯片中得到实现,用于实时检测芯片温度。实际测试结果与模拟仿真结果基本相同。     

一种基于OTA的降压型LED恒流电路

设计了一种LED恒流驱动电路,芯片内部电路由误差放大模块和PWM波形产生模块组成,外部电路为一个BUCK型恒流电路。误差放大模块中采用了一个跨导放大器,将采样电压与基准电压做比较,产生误差电流,反馈电容作为跨导放大器的负载,产生了误差电压信号。误差信号与锯齿波相比较产生PWM信号,控制外部BUCK电路的开关管对LED电流进行平衡。采用CSMC0.5μm的标准CMOS工艺库进行电路仿真,结果表明本电路电流平衡的稳定度较高,满足中小功率的LED串并联的驱动。     

Design of Readout Circuit Based on Probe Neural Biosensor

According to the characteristics of neural signal,a low-voltage and high-speed operational transconductance amplifier has been realized as a direct readout circuit. To reduce the size and cost of this chip, the amplifier uses feedforward compensation technique without Miller capacitor. Using capacitors as a closed-loop feedback not only amplifies the neural signal, but also reduces chip power consumption by replacing the feedback resistor. Simulations were carried out with 0.18m CMOS technology, and the simulation results satisfied the requirements of neural signal.     

A 1.5-V current-mode CMOS sample-and-hold IC with 57-dB S/N at 20MS/s and 54-dB S/N at 30 MS/s

A new video-speed current-mode CMOS sample-and-hold IC has been developed. It operates with a supply voltage as low as 1.5 V, a signal-to-noise ratio (S/N) of 57 dB and 54 dB with a 1-MHz input signal at clock frequencies of 20 and 30 MHz, and a power dissipation of 2.3 mW. It consists of current-mirror circuits with the node voltages at the input and the output terminals which are kept constant in all phases of the input signal by the use of low-voltage operational amplifiers; this reduces the signal current dependency. The low-voltage operational amplifier consists of a MOS transistor and a constant current source in a common-gate amplifier configuration. Only two analog switches in differential form were used to construct the differential sample-and-hold circuit. This minimizes the error caused by the switch feed through, and thus high accuracy can be realized. Since there is no analog switch in the input path, it is possible to convert the input signal voltage to a current by simply connecting an external resistor. The circuit was fabricated using standard 0.6-μm MOS devices with normal threshold voltages (V_th) of +0.7 V (nMOS) and -0.7 V (pMOS)     

一个对温度不敏感的高增益运算放大器设计

功率放大器是大功率器件,其自身会消耗大部分的功耗,并导致功率放大器芯片的温度在一个很大的范围内变化,因此功率放大器的控制电路需要对环境温度的变化不敏感。针对这一要求,设计出一个对温度不敏感的全差分CMOS运算放大器,该运算放大器采用TSMC 0.18μm工艺,选用折叠式共源共栅、宽摆幅偏置电路结构。在负载电容为10 pF条件下,最大直流增益达到115 dBm,相位裕度为70°;在整个温度范围内（-40~＋125℃）运算放大器的增益变化仅为1 dBm,相位裕度仅变化5°,满足设计要求。     

低功耗CMOS神经束功能电激励信号产生电路

采用华润上华微电子公司0.6μm CMOS工艺设计了低功耗神经功能电激励集成电路.该电路适用于以卡肤电极作为激励电极的可植入式神经信号桥接系统,可以用来激励脊椎动物的脊髓神经或其他神经束.电路包括输入级差分预放大电路、增益级放大电路和输出电路.为满足体内植入式神经功能电激励的要求,该集成电路避免使用任何片外元件,实现了单片集成.根据神经信号的特点,神经功能激励电路的频率响应带宽设计为1Hz～400kHz,输出电阻为90Ω时的增益为66dB,可以在3～5V的工作电压下正常工作.采用满摆幅输出级提高了有效的激励电压输出.测试结果表明,电路的带宽和增益符合设计要求,直流功耗低于6mW,达到了设计目标.     

A 0.6V 1.07 μW/Channel neural interface IC using level-shifted feedback

This paper presents a 16-channel low-power neural interface IC for in-vivo neural recording applications. Each recording channel consists of two AC-coupled close-loop amplifiers: a low noise amplifier (LNA) amplifies the weak neural signal by 26 dB, and a programmable gain amplifier (PGA) provides an additional gain of 8 dB–26 dB. The LNA employs a current-reusing telescopic topology to reduce noise for achieving a better noise efficiency factor (NEF). To further reduce the power consumption, we propose a level-shifted feedback (LSFB) technique to lower the operational supply voltage. Theoretic analysis shows that the proposed amplifier with LSFB halves the minimum required supply voltage compared to conventional AC-coupled close-loop counterparts without degenerating the noise performance. The prototype chip is fabricated in 65 nm CMOS process. Operating under a single 0.6 V supply, each recording channel consumes 1.07 μW. The input-referred noise integrating from 10 Hz to 10 kHz is 5.18 μV, and the NEF/PEF is 2.94/5.19.     

A CMOS differential difference operational mirrored amplifier

Design of a high-performance differential difference operational mirrored amplifier is presented. The proposed circuit is useful for continuous-time analog signal processing. The circuit is developed using folded cascode amplifier and the floating current source. Several applications including grounded resistor, voltage amplifier, grounded inductor and oscillator circuit are presented. Simulation results for the DDOMA circuit and its applications are given.     

微电容超声换能器的前端专用集成电路设计

针对微电容超声换能器(CMUT)微弱电流信号检测的要求,设计了一种用于CMUT的前端专用集成电路——运算放大器(OPA)电路。运算放大器电路采用两级放大结构,第一级采用全差分折叠-共源共栅结构,输出级采用AB类控制的轨到轨输出级,在运算放大器电路反相输入端和输出端通过一个反馈电阻实现CMUT电流信号到电压信号的转换。采用GlobalFoundries 0.18μm的标准CMOS工艺进行了仿真设计和流片,芯片尺寸为226μm×75μm。仿真结果表明,运算放大器的开环增益为62 dB,单位增益带宽为30 MHz,在3 MHz处的输入参考噪声电压为2.9μV/Hz^1/2,电路采用±3.3 V供电,静态功耗为11 mW。测试结果表明仿真与实测结果相符,该运算放大器电路能够实现CMUT微弱电流信号检测功能。     

一种适用于传感器信号检测的斩波运算放大器

提出一种适合传感器微弱信号检测应用的全差分低噪声、低失调斩波运算放大器。采用两级折叠共源共栅运放结构,基于斩波稳定及动态元件匹配技术,通过在运放低阻节点的电流通路上添加斩波开关的设计方式,增加了运放的输入信号带宽和输出电压摆幅。芯片采用TSMC 0.18μm 1P6MCMOS工艺实现。测试结果表明,在1.8V电源电压,25kHz输入信号和300kHz斩波频率下,斩波运放输入等效失调电压小于120μV,在10Hz～1kHz之间,输入等效噪声为5nV/Hz^1/2,最高开环增益为84dB,单位增益带宽为4MHz。