一个800MΩ输入阻抗95.3dB-DR Δ-ΔΣ AFE用于干电极可穿戴EEG记录器

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 神经科学仪器仪器仪器仪表

背景情况:

• 穿戴式脑电图 (EEG) 系统对于非侵入性大脑调制至关重要,但由于低振幅信号和干扰,在模拟前端 (AFE) 电路方面面临挑战.
• 微伏级EEG信号的准确获取受到干扰和皮肤接触不足的阻碍,特别是干电极.

研究的目的:

• 开发一个针对干电极头皮EEG记录优化的直接数字化AFE.
• 解决可穿戴EEG系统中现有AFE的局限性,重点关注输入动态范围 (DR) 广,输入阻抗高.

主要方法:

• 设计了一种二级5位delta-delta sigma (Δ-ΔΣ) 模拟到数字转换器 (ADC) 来管理直流电极偏移和低频噪声.
• 在ADC中集成了一个非逆转的伪差分仪表放大器 (IA),以实现高输入阻抗 (Zin) 和常态拒绝比率 (CMRR).
• 使用标准的0.18-μm CMOS工艺制造了AFE.

主要成果:

• 该AFE实现了700mVpp的输入信号范围,95.3dB的DR和87-dB的信号对噪声和扭曲比率 (SNDR).
• 证明了50 Hz的800 MΩ的高输入阻抗,这对于干电极稳定性至关重要.
• 从1.2V电源中只消耗88.4μW,适合用于可穿戴设备.
• 通过干电极EEG测量验证了性能,证实了高DR和阻抗的好处.

结论:

• 开发的直接数字化AFE有效地克服了可穿戴EEG记录的关键挑战.
• 高DR和输入阻抗AFE适用于准确可靠的干电极头皮EEG测量,推进非侵入性大脑调制.
• 这种AFE设计支持改善对帕金森病,和睡眠障碍等疾病的心理和身体健康监测.