利用成熟的微电子与硅集成电路技术来解决人类社会普遍存在的神经系统疾病例如肢体瘫痪、听视觉丧失等问题,已经成为当今国际上的一个热点和前沿课题。将植入式微电子装置与大脑神经系统直接相连的脑机接口(BCI)技术,通常包括神经信号采集与神经系统激励两个方面。本文主要研究神经信号采集处理技术。为了实现适合长期植入的临床使用和日常应用的BCI系统,本文研究项目拟采用MEMS硅基微电极阵列与CMOS芯片分别进行流片、再利用键合连接与包括倒装片在内的封装技术形成完整植入体装置的方法。本课题在系统研究了植入式脑机接口及其神经植入体的基本问题后,通过基于Cadence平台的全定制设计方法设计了其中的CMOS混合信号集成电路芯片部分,并采用UMC 0.18μm 1P6M双阱CMOS工艺进行了流片,内含16通道多路选择器阵列、微弱神经信号放大与滤波器阵列、缓冲器、多路模拟复接器、数字控制单元等。对于芯片核心部分即前置放大滤波阵列的设计,本文提出了一种利用数字信号控制反馈阻容支路从而进行下限截止频率调节的方法,在片上用1-bit信号实现了神经信号记录中所需的动作电位采集和局部场电位采集之间的切换;同时,采用对称串联多级PMOS/BJT虚拟电阻达到的高阻值形成神经信号采集中所需的低下限截止频率,进而实现了±1V以上的强直流偏置抑制。此外,本文还改进了一种多通道神经信号模拟复接器的设计,解决了原设计中存在的小概率差错问题。芯片采用±0.9V电压供电;仿真结果显示单通道放大滤波电路不计Buffer的功耗为12.66μW,等效输入噪声约为4.1μVrms,中频增益约为42.2dB,上限截止频率约为12.4KHz,下限截止频率可在1-bit数字控制下实现1.98Hz和50.8Hz之间的切换。结果证明本文的设计方法是有效的,其主要性能指标达到了未来临床使用和日常应用对神经信号采集处理芯片的特殊要求;它可望为未来神经功能修复提供一种技术支撑,同时在神经生物学、生理学等研究领域以及我国神经工程领域也将具有重要意义。