近日，上海交通大学电子信息与电气工程学院微米纳米加工技术全国重点实验室长聘教轨副教授陈铭易课题组，在用于脑机接口的高动态范围模数转换器芯片领域取得重要进展。在 IEEE Journal of Solid-State Circuits（JSSC）上发表题为“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，首次报道了用于脑机接口的动态范围突破110dB的直接转换模拟前端芯片。关于IEEE固态电路期刊IEEE固态电路期刊（JSSC）是国际集成电路领域最高级别期刊之一，旨在发布集成电路设计的最新进展和里程碑成果，代表业内顶尖技术水平。研究背景脑机接口是近年来国内外研究热点，是未来产业的代表领域之一。
在非侵入式脑机接口领域，如何提升模拟前端的动态范围，从而承受剧烈运动伪影，是实现高精度脑电采集的关键挑战。传统模拟前端需要极大功耗开销来提升动态范围，因而能效低。直接转换模拟前端具有较高的动态范围及能效，然而面临输入阻抗、直流失调、非线性失真等诸多问题。研究内容该研究基于∆调制和SAR-ADC的两步式直接转换模拟前端架构，利用反馈型两步式架构缓解了模拟和数字增益的失配问题，利用新型DEM消除了DAC电容的失配误差。突破了现有直接转换模拟前端动态范围的上限，显著提升了伪影承受能力，同时获得了高能效。
研究成果芯片采用180nm 标准CMOS工艺流片。输入阻抗为26GΩ，动态范围高达112dB，相比现有直接转换模拟前端提升20dB。可承受高达+/-1.8V的伪影和直流失调，伪影承受幅度比相同增益的传统模拟前端提升30倍。功耗仅为63μW，品质因子(FOMDR)高达175dB。在伴随剧烈运动伪影情况下成功采集电生理信号，较好地解决了非侵入式脑机接口的关键挑战。该创新技术亦可应用于侵入式脑机接口，提升对刺激伪影的承受能力。论文信息论文第一作者为电子信息与电气工程学院微纳电子学系博士生郝禹植，通讯作者为陈铭易副教授，共同作者为电子科技大学樊华教授和上海交通大学连勇教授。该研究受到国家重点研发计划生物与信息融合（BT与IT融合）重点专项和国家自然科学基金项目资助。
