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。

摘要：液晶材料在微波频段具有良好的调制特性,在微波可调谐器件领域具有巨大的应用潜力。本文针对液晶材料微波介电常数的测量需求,提出了一种基于人工局域表面等离激元谐振的传感器。通过设计环形谐振器结构,在sub-6 GHz频段形成局域表面等离激元窄带谐振峰。通过给液晶施加外加电场,能够实现对液晶介电常数的调控。通过谐振频点位置的拟合,能够得到对应的液晶的介电常数大小,从而实现液晶材料在微波频段的介电常数的测量。本文研究了不同液晶层厚度、不同液晶介电常数对人工局域表面等离激元谐振频点的影响。随着液晶层厚度增加或者液晶介电常数的减小,谐振频点f_(1)和f_(2)都逐渐增大。当液晶层厚度大于或等于0.5 mm时,谐振频点f_(1)和f_(2)随介电常数的变化具有良好的线性度,且具有高灵敏度(>400 MHz/Δε),远大于基于目前报道的其他形式介电常数传感器。同时,本传感器结构可以在液晶层上下施加电场,从而实现在不同外加电场作用下液晶材料微波介电常数的测量,在液晶微波特性研究领域具有应用潜力。

摘要：基于0.18μm CMOS工艺,设计了一种用于生物医学信号的12位逐次逼近型模数转换器(SAR ADC)。数模转换器采用分段结构电容阵列,并加入1位冗余位。比较器采用互补输入对管构成的动态比较器,以减小噪声和功耗。栅压自举开关被用于采样保持电路,并增加了堆叠管和虚拟管。针对生物医学信号具有稀疏性的特点,通过延时上极板复位时间的方法检测两次采样电压差值,实现采样率自适应切换。仿真结果表明,在120kS/s采样率、1V电源电压的条件下,该SAR ADC的功耗仅为4.65μW,无杂散动态范围为76.29dB,优值为16.9fJ/(conv·step),有效位数达11.16bit。

摘要：基于0.18μm CMOS工艺设计了一种应用于ECG信号采集的低噪声电容耦合斩波仪表放大器。该放大器采用斩波技术与晶体管噪声优化技术,减小了1/f噪声和热噪声,并提出一种基于占空比电阻的改进型前馈电极失调消除回路,抑制了电极直流失调电压。仿真结果表明,电路的静态电流为1.2μA,带宽为0.17 Hz~4.3 kHz,增益为40 dB,等效输入噪声为1.8μVrms(0.5~100 Hz),满足ECG信号采集的要求。

摘要：基于新型共源共栅电流源的积分方法,设计了一种用于单光子飞行时间(TOF)测量的时间-幅度变换器(TAC)。该方法有效简化了TAC电路结构,减小了TAC占用面积,显著提高了TOF的满量程范围(FSR)。采用0.18μm标准CMOS工艺设计。集成TAC的单光子探测器像素单元的填充因子可达到26.8%。后仿真结果表明,该TAC在120 ns的FSR内具有230 ps的定时分辨率,微分非线性(DNL)低于0.05 LSB,积分非线性(INL)低于1.1 LSB。蒙特卡洛仿真表明,512个TAC像素间的不均匀性低于0.5%。该TAC非常适用于高密度时间相关的单光子计数(TCSPC)探测器阵列。

摘要：当前脑电信号的情感识别方法很少融合空间、时间和频率信息,并且大多数识别方法只能提取局部的脑电特征,在全局信息关联方面存在着局限性。本文提出了一种基于多域信息融合的三维特征卷积神经网络Transformer机制(3D-CNN-Transformer mechanism, 3D-CTM)模型的脑电情感识别方法。该方法首先根据脑电信号的特性设计了一种三维特征结构,同时融合脑电信号的空间、时间以及频率信息;然后采用卷积神经网络模块学习多域信息融合的深层特征,再连接Transformer自注意力模块,提取特征信息内的全局关联性;最后利用全局平均池化整合特征信息进行分类。实验结果表明,3D-CTM模型在SEED数据集上的三分类平均准确率达到96.36%,在SEED-Ⅳ数据集上的四分类平均准确率达到87.44%,有效地提高了情感识别精度。

摘要：设计了一种采用通道复用技术的低功耗心电信号采集电路。该电路由多通路数据选择电路、前置放大器、缓冲器和G_m-C低通滤波器组成。多通路数据选择电路中的开关采用栅压自举型开关结构,提高了线性度。该采集电路基于0.18μm CMOS工艺进行设计与仿真。仿真结果表明,静态电流仅为5μA,增益为46 dB,带宽为39 mHz^19 kHz,开关的切换频率为10 kHz。该采集电路能实现多导联心电信号的采集。

摘要：针对基于蓝牙低功耗技术(BLE)的室内定位系统使用多层感知机(MLP)等机器学习算法作为定位算法,导致定位结果精度不足的问题。提出一种基于长短时记忆网络(LSTM)的室内定位方法,利用定位过程中的时域信息以提高定位精度。首先通过采集接收信号强度指示(RSSI)构建指纹数据库,然后依靠RSSI和二维坐标的映射关系进行网络模型训练获得权重系数。最后,使用训练好的网络模型构建室内定位系统。测试结果表明,本系统使用的定位方法平均误差为1.41 m,与MLP和RNN算法相比分别提高了49%和16%,定位精度明显提升,能满足室内定位的需求。

摘要：近年来基于单光子雪崩二极管(SPAD)的激光雷达得到迅猛发展,已经从军事侦察、生物探测等特殊领域走向需求量巨大的无人驾驶系统等民用领域。由砷化镓、磷化铟等材料制备的SPAD探测器可以对1. 54μm以上的近红外长波响应,具有人眼安全性,但制造成本高且难以实现大规模集成,无法满足低成本和高集成度的民用要求。目前,硅基SPAD探测器通过结构和工艺优化实现了对0. 7～1. 1μm近红外短波光子的高效探测,大幅度降低激光发射功率,从而降低了激光对人眼的伤害。但为了安全工作,还必须对人眼安全问题进行分析。本文在分析SPAD激光雷达研究现状的基础上对近红外短波激光雷达的人眼安全进行了深入和全面的分析,根据美国国家激光标准精确计算出符合人眼安全的激光能量和照射时间,为硅基SPAD民用激光雷达的应用提供了设计依据。

摘要：基于0.18μm CMOS工艺设计了一种工作在10 GHz的八进制幅移键控调制电路。利用分布式放大器的结构特点,通过增加一组开关来改变信号传输路径,控制输出信号的振幅和相位,实现了信号的八进制幅移键控调制,有效提高了信号传输的频带利用率。仿真结果表明,该调制电路在载波频率为10 GHz时,数据率可达3 Gbit/s,每bit消耗能量为12 pJ。平均功耗为36.35 mW。