在28纳米CMOS技术中设计和实施一个低功率生物电位放大器,其压缩模块面积为2500μm2和超高输入阻抗
Esmaeil Ranjbar Koleibi1, William Lemaire1, Konin Koua1
1Department of Electrical Engineering and Computer Engineering, Faculty of Engineering, University of Sherbrooke, Sherbrooke, QC J1K 2R1, Canada.
Sensors (Basel, Switzerland)
|April 12, 2025
概括
这项研究介绍了一种用于神经信号记录的紧型,低功率的生物放大器. 它的设计使高级脑计算机接口的高性能动作潜能检测成为可能.
科学领域:
- 生物医学工程 生物医学工程
- 集成电路设计 集成电路设计
- 神经科学是一个神经科学.
背景情况:
- 神经信号记录需要小型,节能,高性能的放大器.
- 大规模的多通道电极阵列对于全面的神经监测至关重要.
- 现有的放大器通常面临尺寸,功耗和信号保真性的限制.
研究的目的:
- 设计和优化生物放大器,专门用于动作潜能检测.
- 为了实现神经记录应用的微型化和超低功耗.
- 评估放大器的性能指标,包括增益,带宽,噪声和效率.
主要方法:
- 在放大器设计中使用了TSMC 28nm HPC CMOS 技术.
- 集成了一个活跃的低通波器,以消除重的直流阻塞电容器.
- 进行模拟和测量以验证性能特征.
主要成果:
- 实现了105.5 GΩ的高输入阻抗.
- 展示了58dB的中频增强和7kHz的-3dB带宽.
- 报告的输入参考噪声为11.1μVrms (NEF为8.4),超低功耗为3.4μW (PEF为85),紧面积为2500μm2 (面积效率为0.21).
结论:
- 开发的生物放大器符合神经记录中小型化和功率效率的严格要求.
- 它的性能特性使其适用于多站点的头骨内神经记录系统.
- 这种设计代表了开发下一代脑计算机接口的重大进步.
