بخشی از مقاله
چکیده – در این مقاله یک تقویتکننده عملیاتی میانگذر با توان مصرفی و نویز بسیار کم معرفی شده است. این تقویتکننده براي کاربردهاي پزشکی به خصوص در سیستمهاي ضبط سیگنالهاي عصبی که در داخل بدن کاشته می شوند، قابل استفاده است. از ویژگیهاي این تقویتکننده میتوان به پهنايباند قابل تنظیم آن اشاره نمود به طوري که فرکانس قطع پایین از 0/1 تا 32/5 Hz و فرکانس قطع بالا آن نیز از 4/5 KHz تا 8 KHz قابل برنامهریزي میباشد. این ویژگی به ما این امکان را میدهد تا اولاً خطاهاي مجاز هنگام ساخت را برطرف نماییم و ثانیاً باتوجه به کاربرد میزان نویز ورودي به تقویتکننده را با محدود نمودن پهناي باند ورودي به حداقل برسانیم.
این تقویتکننده توسط تکنولوژي سیماس 0/18 µm پیادهسازي شده است و با استفاده از یک منبع تغذیه 1/8 ولت و توان مصرفی 88/2 nW قادر است بهرهاي برابر با 63 dB ایجاد نماید. نتایج حاصل از شبیهسازي نشان میدهد که میزان نویز منتسب به ورودي - IRN - این تقویت کننده 33 µVrms میباشد که باتوجه به توان مصرفی این تقویتکننده، ضریب بهرهوري نویز - NEF - ، 3/04 به دست میآید. این تقویتکننده در مقایسه با کارهاي انجام شده تاکنون علاوه بر دارابودن ضریب بهرهوري نویز قابل قبول از بهره بسیار بالاتر و توان مصرفی بسیار پایینتري برخوردار است.
-1 مقدمه
پایش فعالیت هاي الکتریکی بخش خاصی از مغز با استفاده از میکروسیستمهاي قابل کاشت در بدن که کم ترین صدمه را به بدن وارد میکنند، راه را براي تشخیص بیماریهاي مغزي و همچنین شناسایی و دسته بندي عملکرد مغز هموار نموده است. شناسایی نحوه عملکرد مغز و دسته بندي آن به ضبط و بررسی همزمان سیگنالهاي عصبی مجموعه اي از سلولهاي عصبی نیاز دارد .[1] براي ده ها سال به منظور ضبط سیگنالهاي عصبی به ادوات بسیار زیاد در داخل و خارج بدن نیاز بود که ارتباط بین این ادوات در داخل و خارج بدن تنها توسط سیم برقرار میشد.
توان مصرفی این ادوات بسیار بالا بود. همچنین این سیم ها علاوه بر اینکه قابلیت حرکت فرد مورد مطالعه را محدود مینمود، بر روي رفتار و پاسخهاي عصبی فرد تأثیر منفی میگذاشت .[2] استفاده از سیستمهاي ضبط سیگنالهاي عصبی بیسیم کاشته شده در داخل بدن، که میتوانست تعداد زیادي از سلولهاي عصبی را به طور همزمان مورد مطالعه و بررسی قرار دهد و میزان حرکت افراد را محدود نمینمود، یک راه حل مناسب براي حل این مشکل بود.
محدوده طیف فرکانسی و دامنه پتانسیل فعال خارج سلولی سلولهاي عصبی - ENAP - به ترتیب 0/1 Hz - 10 KHz و 50- 500 ʽV میباشد، که در این محدوده فرکانسی سیگنالهایی با فرکانس 100 Hz داراي بیشترین فراوانی میباشد .[3] به طور کلی یکی از پیچیدهترین مشکلات طراحی یک سیستم ضبط سیگنالهاي عصبی، نویز میباشد. دامنه سیگنالهاي عصبی بسیار کوچک بوده و این سیگنالهاي ضعیف تأثیر پذیري بسیار بالایی از محیط پیرامون و دیگر ادوات موجود در مدار دارند، بنابراین براي حل این مشکل باید در ورودي هر کدام از کانالهاي این سیستم ضبط سیگنالهاي عصبی یک تقویت کننده با نویز کم قرار داده تا قبل از تأثیر سایر نویزها بر روي سیگنال ورودي، آن را تا حد قابل قبولی تقویت نموده و یک حاشیه نویز قابل قبول ایجاد نماید.
ترانزیستور M5 که به صورت دیودي در مدار قرار گرفته است در ناحیه وارونگی ضعیف قرار دارد این موضوع نیاز به وجود مدار دیگري که کارکرد ترانزیستور M7 را در ناحیه اشباع تضمین نماید را از بین و باعث میشود تا ولتاژ درین سورس مورد نیاز ترانزیستور M7 براي کارکرد در ناحیه اشباع تأمین شود. جریان بایاس تقویتکننده تفاضلی توسط ترانزیستور تک انتهایی M8 که خود بخشی از یک مدار آینه جریان است تأمین میشود. این جریان با نسبت m از جریان مرجع ایجاد شده است به خاطر داشته باشید که ضریب m بر روي نویز منتسب به ورودي مدار تأثیر دارد بنابراین در طراحی نهایت دقت را باید در انتخاب ضریب m به کار برد تا میزان تأثیر نویز مدار بایاس را بر روي مدار تقویتکننده به حداقل برسانیم و نویز منتسب به ورودي مدار را تا حد امکان کاهش دهیم.
