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针对脊髓神经损伤造成的神经功能紊乱问题,东南大学王志功教授团队提出了“微电子神经桥”的辅助治疗方法,即利用微电极将电子装置连接在受损神经两端,以人为制造的信号通路代替原有的生物电信号通路,实现中断的神经信道重连,进而修复受损的脊髓神经功能。“微电子神经桥”由探测电路、信号处理电路和再生激励电路构成。本文研究的内容是“微电子神经桥”中的再生激励部分,设计驱动电路,将前级电路的输出信号放大到足够的电压摆幅,通过电极施加在损伤神经末端,驱动神经细胞产生动作电位,实现神经信号在末端神经的再生。在已实现的动物神经信号体外再生模块中,电路的输出为-2.5V~+2.5V,针对神经细胞膜电位正负极电压的非对称特性,本文采用-1V~4V的电路输出指标以提高刺激效果。对于改进后的指标,采用片上集成放大器与片外输出电路相结合的电路结构,设计了一种应用于神经信号再生的驱动电路。放大器采用满摆幅的输入结构,能够处理较大动态范围内的输入共模信号;增加最大电流选择电路和跨导相等电路使放大器的跨导在整个共模输入变化范围内保持恒定。本文还专门设计了带隙基准源为放大器提供稳定的偏置,降低温度变化和电源电压波动对电路的影响,针对普通带隙基准的一阶补偿特性,采用向三极管的射极注入CTAT电流的方法获得正的高阶温度项,补偿对应的高阶负温度项,使得温度系数进一步降低。片外输出电路采用高压MOSFET进行设计,将电路的输出阻抗等效为负载电阻接在MOSFET的漏极,避免其他额外器件,降低片外电路的复杂度。片上电路采用TSMC0.18μm CMOS工艺设计,版图尺寸为300μm×300μm,工作在1.8V的电压下,功耗约为1.45mW。tt工艺角下带隙基准电压的温度系数为7.03 ppm/°C。放大器的共模输入范围为0.12V~1.75V,基本达到了满摆幅输入;在整个共模输入范围内,放大器的跨导变化率为6%;开环增益为82dB,相位裕度约为64度;通过对放大器在不同温度下的交流仿真,得到电压增益的变化范围是79dB到89dB,增益变化不大。片外输出电路工作在+5V和-1.5V的外部电源下。整个电路采用反馈电阻构成闭环放大器,增益为40dB。当输入信号偏置在1.5V、幅度为50mV时,电路输出达到-1~4V的电压摆幅。