An Analog Front End for Recording Neuronal Activity in Freely Behaving Small Animals

Extracting characteristic brain signals and simultaneous recording animals behaving could help us to understand the complex behavior of neuronal ensembles. Here, a system was established to record local field potentials (LFP) and extracellular signal or multiple-unit discharge and behavior synchronously by utilizing electrophysiology and integrated circuit technique. It comprised microelectrodes and micro-driver assembly, analog front end (AFE),while a computer (Pentium III ) was used as the platform for the graphic user interface, which was developed using the LabVIEW programming language. It was designed as a part of ongoing research to develop a portable wireless neural signal recording system. We believe that this information will be useful for the research of brain-computer interface.

基于混合信号集成电路的射频前端设计与性能优化

随着无线通信技术的快速发展,作为无线通信系统的重要组成部分,射频前端性能的优劣直接影响到整个系统的通信质量和稳定性。作为实现射频前端的关键技术之一,混合信号集成电路技术的设计与性能优化成为当前研究的热点。

宣城发射台中波前端系统标准化改造分析

宣城发射台中波前端系统标准化改造主要包括信号源线路改造、增设供电数据监测以及不间断电源(Uninterruptible Power Supply,UPS)旁路改造。通过优化信号源线路布局,使其更加安全、美观且合理。基于增设的供电数据监测功能,实时掌握供配电与UPS运行状况,在出现异常时及时发出告警。通过UPS旁路改造,确保在UPS系统出现故障或对设备进行检修时能够自动切换到UPS旁路,便于信号源系统故障排查。

数字电视前端信号异常故障排查方法

数字电视前端信号异常,是影响数字电视用户观看效果和质量的重要故障因素。引起数字电视前端信号异常故障的原因是多方面的。对此,主要从混合光纤同轴电缆(Hybrid Fiber Coax,HFC)光电混合网故障、同步数字体系(Synchronous Digital Hierarchy,SDH)主干光纤环网系统问题以及马赛克现象三个方面,具体分析引起这些故障的原因,特别对HFC光电混合网故障和马赛克现象问题的几个不同故障类型进行详细的阐释,并分析故障的排查方法。结合一个故障案例处理过程,介绍数字电视前端信号异常故障的排查流程和解决措施。最后,针对数字电视前端信号异常故障,从前端设备选择及安装等方面提出日常防护措施。

基于FPGA的语音预处理系统

文中介绍了一种语音预处理系统的设计思路以及在FPGA平台下的实现方法。系统由模拟前端电路(Analog Front End,AFE)、高速Flash存储电路和PC端的数据处理模块构成。该系统主要功能是对语音信号实行预处理,通过AFE中的模拟回环功能获得预处理过的语音模拟信号,同时可向PC端发送未经处理的原始数据,并结合LMS自适应滤波算法可滤除杂波,得到较为纯净的语音数字信号。相比较其他语音处理方式,该系统既可将原始语音信号处理成低噪的数字信号,也可通过内部回环模式得到底噪且增益可放大的模拟信号。

基于模拟前端ADS1299的脑电信号采集系统

设计了一套脑电信号采集系统,能够便捷地采集人体脑电信号,具有体积小、精度高、简单易用的特点。系统包括硬件和软件两大部分,硬件部分主要由最新的24位模拟前端ADS1299和AVR单片机构成。系统能够采集8通道的脑电数据,通过USB转串口模块上传数据至上位机。软件部分使用Java编程实时显示与存储采集到的脑电信号,随后通过Matlab对采集到的脑电信号进行后续分析。实验结果显示:本系统能够精确显示出眼电波形,当被试者闭眼时,枕叶电极的α波段波形尤为明显。

基于AFE4490的反射式脉搏血氧检测系统

因透射式血氧仪检测范围受限,根据反射式测量原理设计光电容积脉搏波探头检测模块,并采用MSP430超低功耗单片机结合血氧模拟前端AFE4490实现对光电容积脉搏波的采集。由MSP430控制AFE4490实现双波长发光管交替发光、数据采集以及放大滤波,并采用数字信号处理技术进行去噪工作。实验表明,所设计的反射式血氧检测系统能有效地检测指尖脉搏,处理得到的脉率和血氧参数误差在3%以内。

光阻法成像仪的前端信号调理电路设计

为了实现以光电二极管阵列为传感器,以光阻法为原理对高速运动下的微粒进行精确成像和测量,设计了一种可对光电二极管阵列所生成的多路瞬变信号进行快速响应的前端信号调理电路。该前端信号调理电路包含有128个信号调理电路单元,每个信号调理电路单元均由互阻放大电路、后级信号放大电路、分压射随电路和比较电路组成。经试验测试表明,对大小不同的粒子高速经过采样区时光电二极管阵列因粒子对光源的阻挡所产生的微弱瞬变信号,该电路均能快速有效地进行处理,可满足仪器对高速运动粒子进行成像测量的性能要求。

GPS接收机专用芯片组技术发展

在总结国外现有的完整GPS接收机专用芯片组最新情况的基础上,结合典型的芯片产品,阐述了GPS接收机专用芯片组从分立式器件到片上系统、再到单片式接收机的技术发展过程、现状和趋势。

USB接口GPS中频信号采样器研究与实现

提出了一种模块化的GPS中频信号采样器设计方法基于GPS射频前端芯片来设计信号前端电路;利用FPGA实现了射频前端与USB之间数据实时高速传输;提出了采样率转换在FPGA中实现的方法和适合本采样器的信号验证算法系统测试结果表明,该设计的GPS中频信号采样器信号验证算法高效准确可靠性高。

生物医学信号采集的多通道模拟前端集成电路

提出并设计一款基于生物医学信号采集的多通道模拟前端集成电路(IC)。该混合信号集成电路包含增益可调仪表运算放大器、高灵敏度电流-电压转换器、基准源,以及8位逐次逼近式模数转换器(SAR ADC)。整个芯片采用SMIC混合信号0.18μm CMOS 1P6M的工艺制作,核心电路的芯片面积为1.36 mm2。芯片测试结果显示:该芯片在1.8 V单电源的供电电压下,共模抑制比大于100 dB,可调增益范围为30～70 dB,输入失调电压小于97μV,其中ADC的微分非线性(DNL)和积分非线性(INL)分别为-1/+1.4和-2/+2 LSB,增益可调仪表运算放大器以及ADC的功耗分别是387μW和704μW。

基于FPGA的超声波传感器前端电路设计

超声波传感器广泛应用于风速、风向的测量,前端电路的设计直接关乎系统性能的好坏。为达到稳定的驱动效果,驱动电路采用了低压驱动方式。为能接收稳定、准确的超声波信号,设计了接收及信号处理电路,进行接收抗干扰限幅处理、前置放大、带通滤波、自动增益控制放大和电压比较,将所接收的超声波交变电压信号转换成可供FPGA直接使用的数字信号。实验结果验证,各个电路模块的设计均满足系统要求。

广播电视信号的自动监测系统设计

提出一种广播电视信号的自动监测系统,以改变传统的人工定期外出收测方式;在广播电视覆盖区范围内的多个监测点上设置前端设备,用于接收广播电视信号并将信号频率、场强、监测点名称等信息通过网络传输到处理终端,进行监测点信号场强的自动检测和分析;前端设备以单片机为核心,连接天线和选频电路、检波电路、模数转换器、数模转换器以及网络收发器,通过软件循环选频、处理场强数据;网络收发器实现前端设备以有线或无线方式接入互联网,从而与处理终端连接和数据交互;处理终端以桌上型PC、膝上型PC或者掌上PC为平台,通过软件远程接收互联网传输的数据,对每个监测点上的前端设备所发送的信号频率、场强、监测点名称等信息进行存储和显示;系统运行正常,数据精确,方便快捷,稳定可靠,省时省力,具有很高的推广价值。

心电信号采集的模拟前端集成电路设计

基于SMIC 0.18μm 1P6M CMOS混合工艺设计了一种适用于心电信号采集的模拟前端集成电路,主要由前置放大器、带通滤波器、工频滤波器及后级放大器等组成。通过采用低噪声前置放大器技术,有效地改善了模拟前端集成电路的信噪特性;通过采用陷波器技术,有效地抑制了50 Hz工频干扰信号。模拟前端集成电路获得了43.44 d B的中频增益以及通带为0.095 6—107.3 Hz;在0.1 Hz与100 Hz频率处,模拟前端集成电路分别获得15.1μV/Hz与745 n V/Hz的等效输入噪声电压;在1.8 V电源电压条件下,模拟前端集成电路的静态功耗仅为912.5 n W。仿真结果表明,所设计的模拟前端集成电路适合于心电信号采集要求。

线阵相机模拟前端驱动处理电路设计及应用

为解决定制型线阵相机模拟前端驱动处理电路可复用和可移植问题,在分析TCD1700系列线阵CCD器件工作原理、时序参数相关性和异同点基础上,对线阵相机模拟前端驱动处理电路进行集成化、IP核化设计,给出了设计逻辑、接口及寄存器定义,使用verilog语言,利用quartus II和modelsim平台进行了设计建模和仿真测试。最后在cyclone IV器件平台进行了实现和验证,并将设计的电路用于盛液管和液位界面检测实验。实验结果显示:前端处理电路对液位及盛液管特征信息提取准确,电路噪声抑制效果良好,可复用。

无人机航测高精度RTK接收机信号捕获与跟踪仿真方法研究

近年来以载波相位差分技术为核心的实时动态(real-time kinematic,RTK)高精度卫星定位技术在测绘领域迅速发展,基于RTK定位原理,以轻小型化、高精度、稳定快速卫星定位接收机为目标,研究无人机RTK接收机的多系统多频段全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)信号处理技术,包括GNSS多频射频前端处理、基带信号处理关键技术。通过专业仿真手段可以得出设计的射频前端接收灵敏度高于-130 dBm,对6758个采样点搜索捕获的执行时间仅为0.68 s,捕获频移误差约为多普勒频移的0.932%,载波跟踪稳定后频率误差基本集中在0.75 kHz以下。仿真结果表明,设计的GNSS信号处理模块符合实际的多频RTK定位接收机要求。

用于神经信号采集的高PSRR及CMRR植入式模拟前端

针对人体内神经电信号非常微弱、噪声大、环境干扰大等特点,研究与设计了一款应用于神经信号采集的高电源抑制比(PSRR)和共模抑制比(CMRR)的低噪声植入式模拟前端.该模拟前端采用全差分结构来实现模拟前端中的前置放大器、开关电容滤波器及可变增益放大器,使得电路具有较好的电源抑制比和共模抑制比;采用斩波调制技术来抑制电路的低频噪声,并通过带电流数模转换器(DAC)的纹波抑制环路来抑制前置放大器的输出纹波,从而使该模拟前端在具有高PSRR和CMRR的同时能保持低噪声性能.文中采用0.18μm CMOS工艺设计该模拟前端芯片,版图后仿真结果表明,该模拟前端在0.1 Hz^10 k Hz内的等效输入噪声为2.59μV,实现了46.35、52.18、60.02、65.95 d B可调增益,CMRR和PSRR分别可达146及108d B,很好地满足了植入式神经信号采集的要求.

基于ADAS1000的18导联心电仪的设计

为了实现同步同时观察左、右心室正后壁的情况,解决动态心电图改变长时间同步监测难问题,本文介绍了一种18导联心电监测系统。心电信号经过调理电路送入心电图(ECG)模拟前端ADAS1000芯片,MSP430控制器经SPI接口实现与心电图模拟前端的通讯,并对数据进行分析处理,在上位机MATLAB软件上显示相应的波形。基于ADAS1000的18导联心电仪的导联功耗不大于15 m W,且导联同时工作的功耗不大于100 m W,实现了全天24小时的实时监测,以200 Hz的采样频率检测出不同人群,不同情况下的心电信号波形,获得全面的动态心电资料且成本低廉,在冠心病、心肌缺血、心律失常诊断中具有一定的实用和市场价值。

雷达通信一体化系统通道间时延影响分析

基于数字相控阵体制的雷达通信一体化系统通常采用雷达、通信共信号波形和共射频前端,通道包含了从天线单元至波束形成输入端口在内的整个完整馈电链路,通道时延通常由单元阵外时延和阵内时延组成,单元分布位置不同、互连电缆长短不一、同型号元器件性能差异等导致通道间时延出现不一致,这种通道间时延不一致会恶化系统信噪比,是空分处理面临的新难题。文章从理论上推导出基于数字相控阵体制的雷达通信一体化系统通道间时延不一致的等效数学模型,给出了幅相特性对系统性能影响的仿真分析结果,为工程实现提供了设计依据。

麦克风特性研究的教学实验系统搭建

为了研究不同声场条件下麦克风的特性,以满足生物医学工程声学实验教学的需求,研制了一套基于USB声卡的声学教学实验系统。该系统包含麦克风模块、硬件电路模块、USB声卡模块和终端计算机,以符合助听器和电子耳蜗等小型设备的前端信号采集的参数指标和尺寸要求。所搭建的系统为教学实验提供了一套声学测试平台,用于测试自由声场和放置头部模型等不同声场条件下的麦克风的特性,以及进一步通过麦克风阵列所进行的语音增强的系列研究。该开放式实验系统的搭建有利于培养学生对声学基本实验操作能力和对学生创新性思维的发掘。