微型光学机械压力传感器设计：开发一个温和的大脑分析神经探头---凯利讯半导体

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本文探讨了神经科学中微型光学机械(MOM)压力传感器的设计，用于脑机接口和深部脑刺激等应用。现有的高密度CMOS神经探针存在体积过大和电子架构不优的问题。MOM传感器结合了MEMS和光纤传感器的优点，提供更高的灵敏度和噪声特性，利用Mach-Zehnder干涉仪系统实现。设计中，一个波导臂置于柔性膜上，受压差影响，改变光路长度，从而实现压力测量。通过激光光谱带宽管理和噪声控制，提升传感器的性能。

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　　人类的大脑通过神经元的活动协调我们的感知，想法和行动。神经科学家正努力通过使用能够在行为期间以单神经元和单钉解决方案分离，识别和操纵神经元的方法来理解大脑的功能。神经探针在细胞外记录，脑机接口(BMI)和深部脑刺激(DBS)方面已经取得了成功，但是在一些新的应用中，例如脑图，神经元功能的恢复以及脑疾病的研究也是成功的。理想情况下，神经探针阵列应该具有良好的生物相容性，具有高信噪比的高密度电极，通过柔性电缆的互连能力，高度集成的电子架构，

　　为了能够在大脑的多个区域中大规模记录单个神经元，神经探针中需要高密度和大量的电极。不幸的是，最新的高密度CMOS神经探头有一个大的“小腿”，这是探针的一部分植入大脑区域。这个“小腿”部分需要尽可能薄，以免干扰或损害正常的大脑功能; 现在，它们并不像神经科学家所希望的那么小。另外，目前的电子设计架构并不是最优的。探头设计由大量的放大和缓冲神经信号的小型有源电极组成。CMOS像素放大器(PA)在极小的空间内位于电极之下，由于空间不足，信号处理被强制在探针的底部处理。

　　MOM压力传感器

　　我们从压力传感器设计开始。有MEMS压力传感器，电容式和压电式，体积小，性能相当好。还有光纤传感器，具有超敏感性和低噪声的特点，但是在一个不太集成的设计结构中是最佳的。

　　现在，让我们将上述两种传感器特性结合到一个称为微型光机械(MOM)压力传感器的集成传感器中。与压电式和电容式传感器设计相比，这种设备为我们带来了更高的灵敏度和更好的噪声特性，但占用空间相同。