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摘要神经系统是人体内起主导作用的功能调节系统。探索神经系统的结构和信号处理机制，揭示高级神经活动的本质，是人类最为重大的自然科学命题之一。神经元是神经系统的基本构成单位，对神经系统的研究离不开对神经元及神经元集群间信号传导机制的研究。神经元之间电信号的传递机制，如外界刺激信号的幅度、频率会如何影响神经元电信号的产生和传递，至今还不是很清楚。因此有必要利用微电子学的方法探索神经元集群间电信号的传递机制，进一步揭示整个神经系统的功能。<br>　　 神经元芯片技术作为一种对神经元放电信号进行胞外探测和激励的一种方法，具有其独特的优势。本文在课题组前期研究的基础上，设计了应用于神经元芯片中的MEA、通道选择控制电路和探测激励电路。<br>　　 本文采用CSMC公司的0.5μmCMOS工艺设计了用于电极通道选择电路的移位寄存器（四位），用于实现串行通道控制信号到并行信号的转换，降低神经芯片外围焊盘数量以降低神经芯片整体面积。该芯片的核心电路是D触发器的设计。设计完成后采用四位二进制编码（16种）对移位寄存器进行了测试，测试结果表明电路能正确地实现串行信号到并行信号的转换。<br>　　 此外，同样采用CSMC0.5μmCMOS工艺设计了用于神经元及集群电信号探测和激励电路，用来对微弱神经信号进行放大探测和对神经元及集群进行电激励。电路的核心单元是两种高性能运算放大器:低噪声、低功耗运算放大器和恒跨导、轨到轨运算放大器。流片完成后使用不同幅度、不同频率和不同波形的信号对电路进行了测试，测试结果表明，电路能正确地对信号进行放大，有望用于神经芯片系统的集成设计。<br>　　 另外，本文采用硅基微加工工艺设计十种不同的MEA，其中有五种不同整体尺寸，包括:5mm×5mm、4mm×4mm、3mm×3mm、2.5mm×2.5mm和2mm×2mm，和采用较小尺寸的电极设计的两种规格的电极间距配置。设计的MEA采用清华大学微电子研究所的硅基微加工工艺制作。<br>　　 采用课题组自主研制的硅基MEA进行了四种实验:四种介质下硅基MEA电极间信号传递特性实验、硅基MEA上PC12细胞单路电极与单路电信号探测实验、硅基MEA上PC12细胞单路电极与多路电信号探测实验以及硅基MEA上PC12细胞乙酰胆碱化学激励与电激励联合实验，并对实验结果进行了分析。