记录神经细胞信号的集成微电极阵列系统设计  被引量:1

An integrated microelectrode array system for neural signals recording

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作  者:袁丰 王志功[1] 徐跃[2,3] Yuan Feng;Wang Zhigong;Xu Yue(Institute of RF-&OE-ICs,Southeast University,Nanjing 210096;College of Electronic and Optical Engineering and College of Microelectronics,Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing 210023;National and Local Joint Engineering Laboratory of RF Integration and Micro-Assembly Technology,Nanjing University of Posts and Telecommunications,Nanjing 210023)

机构地区:[1]东南大学信息科学与工程学院射频与光电集成电路研究所,南京210096 [2]南京邮电大学电子与光学工程学院、微电子学院,南京210023 [3]南京邮电大学射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室,南京210023

出  处:《高技术通讯》2020年第1期13-22,共10页Chinese High Technology Letters

基  金:国家自然科学基金(61871231);国家地方联合工程实验室开放课题(KFJJ20180206)资助项目

摘  要:设计实现了集成信号处理电路的互补金属氧化物半导体(CMOS)神经细胞信号记录微电极阵列系统。首先,建立了电极-神经细胞界面模型,通过解析推导及仿真揭示了采用电极记录神经细胞信号的一些结论,为设计良好的微电极阵列(MEA)提供了理论依据。其次,设计了新型的跨导运算放大器(OTA),在较低的电源电压和功率下,保持了合适的增益、电源抑制比(PSRR)、共模抑制比(CMRR)和较低的噪声。再次,利用有源低频抑制放大技术,提出了一种系统拓扑结构,弥补了传统电容耦合放大结构的缺点。所设计实现系统的各项性能有较好的平衡性,为记录神经信号提供了有效的手段。A complementary metal oxide semiconductor(CMOS)neural signal recording microelectrode array system integrated with signal processing circuits is introduced in this work.A model of the electrode-neuron interface is builted.The analytic derivation and simulation results provide a theoretical basis for the design of the micro-electrode array(MEA).A new low power operational trans-conductance amplifier(OTA)is designed to decrease the power supply voltage,power consumption and the noise while keeping the gain,power supply rejection ratio(PSRR)and common mode rejection ratio(CMRR)at a high value.Using the active low-frequency suppression instrument amplification technique,the proposed system topology addresses a disadvantage of the conventional capacitive coupling structure which occupies a large area.A prototype is fabricated which provides an effective method for vitro neural studies.

关 键 词:神经细胞信号记录 微电极阵列(MEA) 跨导运算放大器(OTA) 神经信号放大电路 

分 类 号:TN7[电子电信—电路与系统]

 

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