针对多通道神经信号记录中普遍存在的功耗与信号质量矛盾，一款集成了32个通道的低功耗、增益可编程神经记录系统提供了有效解决方案。该设计通过精巧的电路架构和创新的自适应偏置技术，实现了对动作电位和局部场电位的高质量、低噪声采集，为高密度脑机接口和神经科学研究奠定了硬件基础。
智能速览
系统采用模块化设计，集成8个4通道记录模块，每个模块均包含完整的模拟前端和数字转换单元。
通过双电源域（1.8V模拟/1V数字）和自适应偏置方案，显著降低了芯片的整体功耗。
支持动作电位（AP）和局部场电位（LFP）两种记录模式，带宽和增益均可数字化编程。
前端放大器通过优化输入管与负载管的尺寸比例，在亚阈值区实现了低噪声性能。
Gm-C带通滤波器运用凸点线性化技术，实现了精确且稳定的通带截止频率控制。
精华内容
这款神经记录芯片的设计精髓在于，它并非简单堆砌通道，而是通过一系列精细的电路优化策略，在功耗、噪声、灵活度和集成度之间找到了一个精妙的平衡点。
低功耗核心架构
为降低系统总功耗，设计采用了双电源域方案。对电压裕量要求较高的神经放大器和模拟多路选择器采用1.8V供电，而对功耗敏感的ADC和数字控制单元则采用1V低压供电，两者通过电平转换器协同工作。
更关键的是，系统采用了自适应偏置技术。该方案能根据每个记录位点的背景噪声水平，通过一个4位电流模DAC独立调节前端放大器的偏置电流，从而动态调整其输入参考噪声与功耗。这使得每个通道仅消耗获取清晰信号所需的最低功耗，而非统一设定为高功耗模式，大幅降低了阵列的整体能耗。
低噪声放大器设计
神经放大器是决定信号质量的核心，其前端放大器采用电容耦合的折叠共源共栅结构，有效抑制了电极引入的直流偏移。为获得极低的输入参考噪声，设计对MOS管尺寸和偏置点进行了深度优化。
输入对管被设计为工作在弱反型区（亚阈值区），以在同等电流下获得更大的跨导，从而降低热噪声。同时，通过设置5:1的输入支路与折叠支路电流比，并采用倒比管作为电流镜负载，最大程度地减小了负载管对热噪声的贡献。这一系列优化措施确保了放大器在低功耗下依然能捕获微弱的神经信号。
灵活的信号处理
为适应不同神经信号的特性，该系统支持动作电位（AP）和局部场电位（LFP）两种记录模式。Gm-C带通滤波器通过开关切换配置：AP模式下带宽为350Hz-12kHz，LFP模式下为<1Hz-300Hz。
为了精确控制截止频率，滤波器运用了凸点线性化技术，使AP模式的高通截止频率能低至350Hz，LFP模式的低通截止频率能降至350Hz。此外，可编程增益放大器（VGA）提供了9dB至26dB的额外增益，结合前端放大器的固定增益，使每个通道的总增益可在49dB至66dB之间灵活调节，以匹配AP和LFP信号巨大的幅值差异。
高效的信号复用
4个通道的模拟信号在进入ADC前，需要经过模拟多路选择器（MUX）进行复用。该MUX不仅是简单的选择开关，还集成了电平转换功能，通过源随器将放大器输出的0.9V直流电平平移至ADC输入范围的中心点（0.5V），以最大化利用ADC的动态范围。
为节省功耗，MUX中的源极跟随器驱动器采用了巧妙的占空比控制方案。驱动器仅在其对应的开关闭合为ADC提供信号时才供电，其余时间关闭。与所有驱动器持续工作的传统方案相比，此设计将MUX的驱动功耗降低至原来的1/32。
该32通道神经记录芯片通过系统级的功耗管理与电路级的噪声优化，成功实现了高密度、高质量的神经信号采集。其数字化可编程特性为研究不同类型的神经活动提供了极大的灵活性，这种兼顾性能与能效的设计思路，对未来高通道脑机接口芯片的发展有何启发？
