基于FPGA与千兆网的多通道高精度脑电采集与传输系统设计

目的:针对现有脑电采集系统受限于传输速率低而导致的采集通道数少、采样频率及有效位低等问题,设计一种多通道高性能脑电信号采集与传输系统。方法:该系统在传统"右腿"驱动放大链路中,加入基于RC零极点补偿技术的前馈电路,提高整体链路的环路稳定性;基于高速现场可编程门阵列芯片(field programmable gate array,FPGA)与4片DDR3,设计了2条实时并行处理的"乒乓"交替数据吞吐机制,以提升系统可承载的实时采集通道数。结果:该系统增加了前端模拟链路的相位裕度、增益、稳定性及工频抑制能力,实现了吞吐率达千兆比特的数据整合与高效传输,大幅提高了系统所能承载的通道数量、采样频率及有效位。最终系统实现性能指标为:链路共模抑制比130 dB,有效位24 bit,单通道采样频率500 kHz,传输速率3.125 Gbit/s。结论:该系统可承载256通道大规模采集,尤其可为在非开颅情况下脑部病灶的精确定位诊断提供一套解决方案,为生物学及脑机接口等前沿研究提供有力支撑。