近日，上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院微米納米加工技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)聘教軌副教授陳銘易課題組，在用于腦機(jī)接口的高動(dòng)態(tài)范圍模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。在 IEEE Journal of Solid-State Circuits（JSSC）上發(fā)表題為“A 26-G? Input-Impedance 112-dB Dynamic-Range Two-Step Direct-Conversion Front-End With Improved Δ-Modulation for Wearable Biopotential Acquisition”的研究成果，首次報(bào)道了用于腦機(jī)接口的動(dòng)態(tài)范圍突破110dB的直接轉(zhuǎn)換模擬前端芯片。關(guān)于IEEE固態(tài)電路期刊IEEE固態(tài)電路期刊（JSSC）是國(guó)際集成電路領(lǐng)域最高級(jí)別期刊之一，旨在發(fā)布集成電路設(shè)計(jì)的最新進(jìn)展和里程碑成果，代表業(yè)內(nèi)頂尖技術(shù)水平。研究背景腦機(jī)接口是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)，是未來(lái)產(chǎn)業(yè)的代表領(lǐng)域之一。

在非侵入式腦機(jī)接口領(lǐng)域，如何提升模擬前端的動(dòng)態(tài)范圍，從而承受劇烈運(yùn)動(dòng)偽影，是實(shí)現(xiàn)高精度腦電采集的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)模擬前端需要極大功耗開(kāi)銷(xiāo)來(lái)提升動(dòng)態(tài)范圍，因而能效低。直接轉(zhuǎn)換模擬前端具有較高的動(dòng)態(tài)范圍及能效，然而面臨輸入阻抗、直流失調(diào)、非線(xiàn)性失真等諸多問(wèn)題。研究?jī)?nèi)容該研究基于?調(diào)制和SAR-ADC的兩步式直接轉(zhuǎn)換模擬前端架構(gòu)，利用反饋型兩步式架構(gòu)緩解了模擬和數(shù)字增益的失配問(wèn)題，利用新型DEM消除了DAC電容的失配誤差。突破了現(xiàn)有直接轉(zhuǎn)換模擬前端動(dòng)態(tài)范圍的上限，顯著提升了偽影承受能力，同時(shí)獲得了高能效。

研究成果芯片采用180nm 標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝流片。輸入阻抗為26GΩ，動(dòng)態(tài)范圍高達(dá)112dB，相比現(xiàn)有直接轉(zhuǎn)換模擬前端提升20dB?？沙惺芨哌_(dá)+/-1.8V的偽影和直流失調(diào)，偽影承受幅度比相同增益的傳統(tǒng)模擬前端提升30倍。功耗僅為63μW，品質(zhì)因子(FOMDR)高達(dá)175dB。在伴隨劇烈運(yùn)動(dòng)偽影情況下成功采集電生理信號(hào)，較好地解決了非侵入式腦機(jī)接口的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。該創(chuàng)新技術(shù)亦可應(yīng)用于侵入式腦機(jī)接口，提升對(duì)刺激偽影的承受能力。論文信息論文第一作者為電子信息與電氣工程學(xué)院微納電子學(xué)系博士生郝禹植，通訊作者為陳銘易副教授，共同作者為電子科技大學(xué)樊華教授和上海交通大學(xué)連勇教授。該研究受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃生物與信息融合（BT與IT融合）重點(diǎn)專(zhuān)項(xiàng)和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助。