如图1所示，典型的MZI MOM压力传感器由MMI分离器，两个波导臂和MMI组合器组成，如图1所示。该设计采用MZI臂之一并将其放在承受压差的柔性膜片上（图2）。MZI的另一臂用作固定参考。在设计中，就螺旋中的回路数而言，存在一个折衷方案：增加回路数会减小压力范围，同时会增加灵敏度，反之亦然。

 

在功能上，从MZI发出的光强度取决于臂之间的相位差和它所承受的压差。MZI是“不平衡的”，因为其中一臂长于另一臂。

 

在制造该装置的过程中，形成了感测膜。当该膜片挠曲时，波导的位置发生变化，进而引起光路伸长，从而导致该特定臂中的相移（图2）。

 

图2在此微光学压力传感器的横截面中，下视图显示了在压力下的挠度。（图片由参考2提供）

 

激光1

 

光谱带宽是一个关键参数，会极大地影响激光器的灵敏度。实施平衡的MZI将解决此问题。

 

由于量子噪声和激光腔的变化，激光输出将产生噪声。两种重要的噪声是强度噪声和波长漂移。可以通过添加一个功率抽头来校正强度噪声，该功率抽头将直接从信号中减去噪声。通过在电路输入端增加一个滤波器，例如环形谐振器，可以减少波长漂移。

 

修改后的设计

 

MOM压力传感器的改进设计现在具有平衡的MZI； 个是用于大范围测量的单个环路，第二个将敏感螺旋的信号分成两个去相位的输出，因此我们将始终对每个压力进行敏感测量（图3）。

 

图3修改后的MOM压力传感器（图片由参考2提供）

 

神经探针

 

一个好的有源神经探头尽可能地缓冲/放大输入信号，使其尽可能靠近源/电极，以便增强信号以获得 记录质量。这种方法将降低源阻抗，并 地减少附近长柄电线耦合效应引起的串扰。

 

PA的面积受电极尺寸的限制。其功率受到可接受的组织加热极限的限制。与 信号幅度相比，它的噪声要求要低一些， 信号幅度可以达到几十微伏。降低噪声的一种简便方法通常是向PA晶体管提供更多电流。这也将实现更高的更高的带宽。

 

神经探头的信号带宽约为7.5 kHz，PA输出可以15 kHz采样。设计人员看到时分多路复用技术可以嵌入到柄中（图4a）。这将允许在每条 的柄线上有M个PA输出。如果不使用抗混叠滤波器来限制PA带宽，则会由于折叠而产生带内噪声。在进行采样之前，无法将低通滤波器安装到较小的PA区域中。设计人员选择使用一种架构，该架构将在Ti的时间段内对信号进行积分（图4b），以衰减超出采样频率fi的信号，这将改善信噪比（SNR）。

 

图44a显示了在没有滤波器的情况下多路复用电路时的情况。图4b示出了通过积分对信号的滤波降低了带外噪声水平。（图片由参考2提供）

 

探头架构设计（图5）中的信号流从8个多路复用PA的阵列的输出通过一根共享的柄线流向基座。然后，信号进入探头底部的积分器，并且积分器的输出通过八个指定为Vo的采样保持电路多路分解。接下来，八个单独的Vo中的每个进入其自己的通道块，在该通道块中信号被放大和滤波，因此输出仅是感兴趣的频带。接下来，将所有20个通道复用并数字化到10位逐次逼近寄存器（SAR）A / D转换器（ADC）中，并发送到提供ADC和MUX / DEMUX时钟的数字控制模块，在这里，所有ADC的并行输出仅被串行化为6条数据线。

 

图5探头的架构设计和信号流具有从输入到输出的伪差分信号路径。（图片由参考2提供）

 

像素放大器（PA）

 

设计师在其PA体系结构（分为两个区域）中很有创造力。该PA本质上是一个电压-电流转换器（图6）。

 

图6像素放大器架构（图片由参考2提供）

 

图6显示，电压-电流转换器流出的电流在电容器Ci上经过2.5 us的积分，然后在解复用器上进行采样和移动。有关信号链的更多详细信息，请参见参考文献2。

 

终，这种设计架构的结果是，与当今现有的 技术相比，同时记录通道的数量至少增加了2倍。

 

预计未来在该电子领域将有更多的架构方面的进步。医疗电子将极大地受益于MEMS和传感器以及其他建筑技术的进步，以及半导体的创新，以帮助改善患有医疗状况以及健康和健身领域人士的生活。通过工程技术，让世界变得更美好，更健康。
（来源：维库电子市场网）