近日，沐鸣2平台電子信息與電氣工程學院微米納米加工技術全國重點實驗室長聘教軌副教授陳銘易課題組，在用於腦機接口的高動態範圍模數轉換器芯片領域取得重要進展😒。在 IEEE Journal of Solid-State Circuits（JSSC）上發表題為“A 26-GΩ 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，首次報道了用於腦機接口的動態範圍突破110dB的直接轉換模擬前端芯片。

關於IEEE固態電路期刊

IEEE固態電路期刊（JSSC）是國際集成電路領域最高級別期刊之一🏃🏻，旨在發布集成電路設計的最新進展和裏程碑成果8️⃣，代表業內頂尖技術水平🐾。

研究背景

腦機接口是近年來國內外研究熱點，是未來產業的代表領域之一🧠。在非侵入式腦機接口領域♦️，如何提升模擬前端的動態範圍，從而承受劇烈運動偽影👨🏼‍⚖️，是實現高精度腦電采集的關鍵挑戰。傳統模擬前端需要極大功耗開銷來提升動態範圍，因而能效低。直接轉換模擬前端具有較高的動態範圍及能效，然而面臨輸入阻抗、直流失調⛹🏽、非線性失真等諸多問題🏋🏼‍♂️。

研究內容

該研究基於∆調製和SAR-ADC的兩步式直接轉換模擬前端架構🃏，利用反饋型兩步式架構緩解了模擬和數字增益的失配問題，利用新型DEM消除了DAC電容的失配誤差👄。突破了現有直接轉換模擬前端動態範圍的上限，顯著提升了偽影承受能力，同時獲得了高能效。

研究成果

芯片采用180nm 標準CMOS工藝流片。輸入阻抗為26GΩ🚵🏼‍♀️，動態範圍高達112dB💅🏻，相比現有直接轉換模擬前端提升20dB🗺。可承受高達+/-1.8V的偽影和直流失調，偽影承受幅度比相同增益的傳統模擬前端提升30倍。功耗僅為63μW，品質因子(FOMDR)高達175dB🧛🏼。在伴隨劇烈運動偽影情況下成功采集電生理信號👷‍♀️，較好地解決了非侵入式腦機接口的關鍵挑戰。該創新技術亦可應用於侵入式腦機接口🪅，提升對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院微納電子學系博士生郝禹植，通訊作者為陳銘易副教授，共同作者為電子科技大學樊華教授和沐鸣2平台連勇教授。該研究受到國家重點研發計劃生物與信息融合（BT與IT融合）重點專項和國家自然科學基金項目資助🚇🚧。

論文鏈接

https://ieeexplore.ieee.org/document/10810351