CN116942169A - 微型化脑电信号放大器及脑机接口芯片系统 - Google Patents

微型化脑电信号放大器及脑机接口芯片系统 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种微型化脑电信号放大器及脑机接口芯片系统。该放大器包括斩波调制单元、固定增益放大单元及斩波解调制单元。斩波调制单元通过输入电容连接至固定增益放大单元的输入端。斩波调制单元用于将脑电信号进行斩波调制；固定增益放大单元用于将斩波调制后的脑电信号进行放大处理，包括两个晶体管对，其中一个的栅漏极分别连接放大单元的正向输入端和负向输出端，另一个的栅漏极分别连接放大单元的负向输入端和正向输出端。两个晶体管对的栅极和漏极之间的寄生电容分别形成第一和第二反馈电容。斩波解调制单元连接至放大单元的输出端，用于将放大后的脑电信号解调至原始信号频段得到原始的脑电信号。从而，可以减小输入电容。

Description

微型化脑电信号放大器及脑机接口芯片系统
技术领域
本申请涉及集成电路设计技术领域，尤其涉及一种微型化脑电信号放大器及脑机接口芯片系统。
背景技术
大脑是人体最复杂的器官，时至今日，人们还没有充分地认识大脑，还存在很多问题需要探索答案。脑科学将在未来很长的一段时间里是生命科学中的一个前沿和重要发展领域。而脑机接口是脑科学研究中极具科幻色彩和热门的前沿技术之一。
脑机接口是不依赖于大脑的正常输出通路（即外围神经和肌肉组织），就可以实现脑与外界（计算机或其他外部装置）直接通信的系统。脑机接口的基本原理是利用无创的脑电（EEG）、功能磁共振（fMRI）、功能近红外（fNIRS）、脑磁（MEG）或有创的皮层脑电（ECoG）、微电极阵列（MEA）等脑信号获取技术，采集并解码大脑活动信号，然后转换成相应的指令控制外部设备。
而脑电信号通常十分微弱，幅值一般较低，通常为毫伏级，且频率较低，因此，所采集到的脑电信号需经过放大、滤波、数字化后方可传递至后端进行数字信号处理。目前，脑电信号通常使用湿性、凝胶和干性电极进行信号采集。湿性电极在使用过程中需要通过加入导电胶以及搅拌的手法保证电极阻抗处于较低水平，但过程繁琐且会对受试者头皮带来可能的伤害。凝胶电极可避免对受试者造成的伤害问题，但其本身阻抗相对较大，信息传输过程中会存在明显的信号衰减；且因为凝胶的性质，受试者在运动的过程中，电极会存在相对运动，出现一些用于运动带来的问题。而在可穿戴脑电采集系统中通常使用干性电极，这种电极由于不需要打胶，使用方式简便，非常适合于普通日常穿戴与电生理监测。但干性电极的阻抗较大（通常为MΩ（兆欧）级别），信号传输至放大器端时，信号衰减会相当明显，因此，使用干性电极对放大器端的输入电阻有很高的要求。
针对干性电极阻抗过大造成信号衰减的问题，目前通常用基于反馈电容放大器实现脑电信号采集。该放大器通过阻抗提升回路让电流反馈来抑制放大器输入电流，从而提高阻抗。具体放大器设计时候，需要尽可能减小放大器的输入电容CINPUT并将阻抗提升回路的阻抗提升电容CIBL与反馈电容CFB相匹配。但电容的缩小受制于CMOS工艺确定的最小值限制（例如在0.18工艺中，最小的MIM（Metal-Insulator-Metal，金属-绝缘体-金属）电容为35.6fF），同时电容无法进一步缩小也将占用更大的芯片面积，这对脑机接口的微型化造成了巨大挑战。
发明内容
本申请的目的在于提供一种微型化脑电信号放大器及脑机接口芯片系统，能够减小输入电容，进而减小芯片面积。
本申请的一个方面提供一种微型化脑电信号放大器。所述微型化脑电信号放大器包括斩波调制单元、输入电容、固定增益放大单元、斩波解调制单元及反馈电容，所述固定增益放大单元具有正向输入端、负向输入端、正向输出端和负向输出端，所述输入电容包括分别连接所述固定增益放大单元的正向输入端和负向输入端的第一输入电容和第二输入电容，其中，所述斩波调制单元通过所述第一输入电容和所述第二输入电容分别连接至所述固定增益放大单元的正向输入端和负向输入端，所述斩波调制单元用于将脑电信号进行斩波调制，以输出斩波调制后的脑电信号；所述固定增益放大单元用于将斩波调制后的脑电信号进行放大处理，其包括第一晶体管对和第二晶体管对，所述第一晶体管对的栅极和漏极分别连接所述固定增益放大单元的正向输入端和负向输出端，所述第二晶体管对的栅极和漏极分别连接所述固定增益放大单元的负向输入端和正向输出端，其中，所述反馈电容包括第一反馈电容和第二反馈电容，所述第一晶体管对的栅极和漏极之间的寄生电容形成所述第一反馈电容，所述第二晶体管对的栅极和漏极之间的寄生电容形成所述第二反馈电容；及所述斩波解调制单元连接至所述固定增益放大单元的正向输出端和负向输出端，用于将放大后的脑电信号解调至原始信号频段得到原始的脑电信号。
进一步地，所述第一晶体管对包括第一PMOS管和第一NMOS管，其中，所述第一PMOS管的栅极和所诉第一NMOS管的栅极分别连接至所述固定增益放大单元的正向输入端，所述第一PMOS管的漏极与所述第一NMOS管的漏极分别连接至所述固定增益放大单元的负向输出端；所述第二晶体管对包括第二PMOS管和第二NMOS管，其中，所述第二PMOS管的栅极和所述第二NMOS管的栅极分别连接至所述固定增益放大单元的负向输入端，所述第二PMOS管的漏极与所述第二NMOS管的漏极分别连接至所述固定增益放大单元的正向输出端，所述第一PMOS管的源极和所述第二PMOS管的源极连接在一起并用于连接至电源端，所述第一NMOS管的源极和所述第二NMOS管的源极连接在一起并用于连接至接地端。
进一步地，所述固定增益放大单元还包括第三PMOS管、第四PMOS管、第三NMOS管和第四NMOS管，其中，所述第一PMOS管的源极和所述第二PMOS管的源极分别通过所述第三PMOS管和所述第四PMOS管连接至所述电源端，其中，所述第一PMOS管的源极和所述第二PMOS管的源极分别连接所述第三PMOS管的漏极和所述第四PMOS管的漏极，所述第三PMOS管的源极和所述第四PMOS管的源极均连接至所述电源端；所述第一NMOS管的源极和所述第二NMOS管的源极分别通过所述第三NMOS管和所述第四NMOS管连接至所述接地端，其中，所述第一NMOS管的源极和所述第二NMOS管的源极分别所述第三NMOS管的漏极和所述第四NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的源极和所述第四NMOS管的源极连接至所述接地端；所述第三PMOS管的栅极和所述第三NMOS管的栅极分别连接至所述固定增益放大单元的负向输出端，所述第四PMOS管的栅极和所述第四NMOS管的栅极分别连接至所述固定增益放大单元的正向输出端。
进一步地，所述第一反馈电容等于所述第一PMOS管的栅极和漏极之间的寄生电容与所述第一NMOS管的栅极和漏极之间的寄生电容之和；所述第二反馈电容等于所述第二PMOS管的栅极和漏极之间的寄生电容与所述第二NMOS管的栅极和漏极之间的寄生电容之和。
进一步地，所述第一晶体管对和所述第二晶体管对的栅极和漏极之间的寄生电容为12fF。
进一步地，所述第一输入电容和所述第二输入电容采用MOM电容。
进一步地，所述微型化脑电信号放大器还包括设置在所述斩波调制单元的输出端与所述斩波解调制单元的输入端的阻抗提升回路，所述阻抗提升回路设有阻抗提升电容，所述阻抗提升电容包括第一阻抗提升电容和第二阻抗提升电容，其中，所述第一阻抗提升电容连接在所述斩波调制单元的正向输出端与所述斩波解调制单元的正向输入端之间；所述第二阻抗提升电容连接在所述斩波调制单元的负向输出端与所述斩波解调制单元的负向输入端之间。
进一步地，所述阻抗提升电容与所述反馈电容的数值大小相匹配，同时减小输入电容，提高所述微型化脑电信号放大器的输入阻抗。
进一步地，所述第一阻抗提升电容和所述第二阻抗提升电容采用MOM电容。
进一步地，所述微型化脑电信号放大器还包括可变增益放大单元，所述可变增益放大单元用于将所述固定增益放大单元放大后的脑电信号再进行可变增益的放大处理得到进一步放大的脑电信号。
本申请的另一个方面提供一种脑机接口芯片系统。所述脑机接口芯片系统包括信号放大模块、信号转换及传输模块以及信号接收及处理模块，其中，所述信号放大模块用于对穿戴于颅外的搭载有脑电信号采集设备的干性主动电极采集到的输入信号中的脑电信号进行放大处理，得到放大的脑电信号，所述信号放大模块包括如上所述的微型化脑电信号放大器；所述信号转换及传输模块用于将放大的脑电信号进行转换，编码和传输形成转换后的数字信号；所述信号接收及处理模块用于对转换后的数字信号进行接收、解码和处理形成得到最终的脑电信号。
进一步地，所述脑机接口芯片系统还包括传输电极和用户电极，其中，所述信号接收及处理模块用于将转换后的数字信号通过所述传输电极传输至所述用户电极，所述用户电极用于将转换后的数字信号进一步传输至所述信号接收及处理模块。
进一步地，所述传输电极设置于人体的体表，所述用户电极集成在人体的可穿戴设备内，所述传输电极通过无线体表传输至所述用户电极。
本申请的微型化脑电信号放大器及脑机接口芯片系统至少能够取得以下有益技术效果中的一个或多个：
（1）本申请通过使用放大器晶体管对的栅极和漏极之间介电层形成的寄生电容来替代传统放大器的反馈电容，极大地减小了反馈电容的数值，同时由于反馈电容缩小，基于固定增益，相应的输入电容数值也大幅减小，可以大幅降低芯片面积；
（2）本申请的输入电容与阻抗提升电容可以均采用MOM电容，MOM电容采用多层金属结构，电容密度高于传统的MIM电容，从而，可以极大地减小芯片面积；
（3）本申请基于180纳米成熟芯片工艺设计，该工艺相比较先进工艺具有更优的噪声性能，通过本申请实现了对于该工艺片上电容器件最小尺寸的突破，在保证噪声性能的同时实现了芯片的微型化。
附图说明
图1为本申请一个实施例的微型化脑电信号放大器的电路结构图。
图2为本申请一个实施例的固定增益放大单元的内部电路结构图。
图3为本申请一个实施例的使用MOM电容的结构图。
图4为本申请一个实施例的脑机接口芯片系统的整体示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施例并不代表与本申请相一致的所有实施例。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置的例子。
在本申请实施例使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。除非另作定义，本申请实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本申请所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。在本申请的说明书和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
本申请提供了一种微型化脑电信号放大器。图1揭示了本申请一个实施例的微型化脑电信号放大器11的电路结构图。如图1所示，本申请一个实施例的微型化脑电信号放大器11包括斩波调制单元111、输入电容CINPUT、固定增益放大单元112、斩波解调制单元113及反馈电容CFB。
图2揭示了本申请一个实施例的固定增益放大单元112的内部电路结构图。如图1并结合参照图2所示，固定增益放大单元112具有正向输入端IN+、负向输入端IN-、正向输出端OUT+和负向输出端OUT-。
输入电容CINPUT包括分别连接固定增益放大单元112的正向输入端IN+和负向输入端IN-的第一输入电容CINPUT1和第二输入电容CINPUT2。
斩波调制单元111通过第一输入电容CINPUT1和第二输入电容CINPUT2分别连接至固定增益放大单元112的正向输入端IN+和负向输入端IN-。斩波调制单元111可以用来将脑电信号进行斩波调制，以避开放大器低频部分的噪声，输出斩波调制后的脑电信号。
固定增益放大单元112可以用来将斩波调制后的脑电信号进行放大处理。固定增益放大单元112的增益例如可以为32dB（分贝），带宽例如可以为800khz（千赫）。
斩波解调制单元113连接至固定增益放大单元112的正向输出端OUT+和负向输出端OUT-，可以用来将放大后的脑电信号解调至原始信号频段得到原始的脑电信号。
固定增益放大单元112包括第一晶体管对和第二晶体管对，第一晶体管对的栅极和漏极分别连接固定增益放大单元112的正向输入端IN+和负向输出端OUT-，第二晶体管对的栅极和漏极分别连接固定增益放大单元112的负向输入端IN-和正向输出端OUT+。
反馈电容CFB包括第一反馈电容CFB1和第二反馈电容CFB2。其中，第一晶体管对的栅极和漏极之间的寄生电容Cgd形成第一反馈电容CFB1，第二晶体管对的栅极和漏极之间的寄生电容Cgd形成第二反馈电容CFB2。
本申请的固定增益放大单元112采用基于寄生电容Cgd反馈的全差分闭环放大器，利用第一晶体管对和第二晶体管对的栅极和漏极之间介电层形成的寄生电容Cgd来作为放大器的反馈电容CFB，从而可以极大地减小反馈电容CFB的数值，同时由于反馈电容CFB缩小，基于固定增益，相应的输入电容数值也大幅减小，可以大幅降低芯片面积。第一晶体管对和第二晶体管对的栅极和漏极之间的寄生电容Cgd例如为12fF。
如图2所示，在一些实施例中，第一晶体管对包括第一PMOS管PM1和第一NMOS管NM1，其中，第一PMOS管PM1的栅极和第一NMOS管NM1的栅极分别连接至固定增益放大单元112的正向输入端IN+，第一PMOS管PM1的漏极与第一NMOS管NM1的漏极分别连接至固定增益放大单元112的负向输出端OUT-。第二晶体管对包括第二PMOS管PM2和第二NMOS管NM2，其中，第二PMOS管PM2的栅极和第二NMOS管NM2的栅极分别连接至固定增益放大单元112的负向输入端IN-，第二PMOS管PM2的漏极与第二NMOS管NM2的漏极分别连接至固定增益放大单元112的正向输出端OUT+。第一PMOS管PM1的源极和第二PMOS管PM2的源极连接在一起并用于连接至电源端VDD，第一NMOS管NM1的源极和第二NMOS管NM2的源极连接在一起并用于连接至接地端GND。
在一些实施例中，本申请的固定增益放大单元112还包括第三PMOS管PM3、第四PMOS管PM4、第三NMOS管NM3和第四NMOS管NM4。其中，第一PMOS管PM1的源极和第二PMOS管PM2的源极分别通过第三PMOS管PM3和第四PMOS管PM4连接至电源端VDD，其中，第一PMOS管PM1的源极和第二PMOS管PM2的源极分别连接第三PMOS管PM3的漏极和第四PMOS管PM4的漏极，第三PMOS管PM3的源极和第四PMOS管PM4的源极均连接至电源端VDD。第一NMOS管NM1的源极和第二NMOS管NM2的源极分别通过第三NMOS管NM3和第四NMOS管NM4连接至接地端GND，其中，第一NMOS管NM1的源极和第二NMOS管NM2的源极分别第三NMOS管NM3的漏极和第四NMOS管NM4的漏极，第三NMOS管NM3的源极和第四NMOS管NM4的源极连接至接地端GND。第三PMOS管PM3的栅极和第三NMOS管NM3的栅极分别连接至固定增益放大单元112的负向输出端OUT-，第四PMOS管PM4的栅极和第四NMOS管NM4的栅极分别连接至固定增益放大单元112的正向输出端OUT+。
形成的第一反馈电容CFB1等于第一PMOS管PM1的栅极和漏极之间的寄生电容Cgd11与第一NMOS管NM1的栅极和漏极之间的寄生电容Cgd12之和；形成的第二反馈电容CFB2等于第二PMOS管PM2的栅极和漏极之间的寄生电容Cgd21与第二NMOS管NM2的栅极和漏极之间的寄生电容Cgd22之和。
在一些实施例中，本申请的微型化脑电信号放大器11还可以包括设置在斩波调制单元111的输出端与斩波解调制单元113的输入端的阻抗提升回路，阻抗提升回路设有阻抗提升电容CIBL，阻抗提升电容CIBL包括第一阻抗提升电容CIBL1和第二阻抗提升电容CIBL2。其中，第一阻抗提升电容CIBL1连接在斩波调制单元111的正向输出端OUT+与斩波解调制单元113的正向输入端IN+之间；第二阻抗提升电容CIBL2连接在斩波调制单元111的负向输出端OUT-与斩波解调制单元113的负向输入端IN-之间。第一阻抗提升电容CIBL1和第二阻抗提升电容CIBL2例如可以为1.5G欧姆，面积为0.012mm2。
在一些实施例中，本申请的第一输入电容CINPUT1和第二输入电容CINPUT2可以采用图3所示的MOM（Metal-Oxide-Metal，金属-氧化物-金属）电容，本申请的第一阻抗提升电容CIBL1和第二阻抗提升电容CIBL2也可以采用图3所示的MOM电容。如图3所示，MOM电容一般是金属连线形成的插指电容。从而，可以极大地减小芯片面积。
本申请的微型化脑电信号放大器11的输入阻抗与输入电容CINPUT、阻抗提升电容CIBL、反馈电容CFB的关系表达式如下所示：
（1）
（2）
（3）
其中，CINPUT、CFB和CIBL分别表示输入电容、反馈电容和阻抗提升回路中的阻抗提升电容，、/>和/>分别表示输入电容CINPUT、反馈电容CFB和阻抗提升电容CIBL的电流，/>表示输出电压，/>表示输入电流，/>表示输入阻抗，t表示无穷小的时间间隔。
从上面的公式（3）可知，由于提升放大器的输入阻抗需要尽可能减小放大器的输入电容CINPUT并将阻抗提升回路中的阻抗提升电容CIBL与反馈电容CFB相匹配，因此，在一个实施例中，阻抗提升电容CIBL与反馈电容CFB的数值大小相匹配，同时减小输入电容CINPUT，提高输入阻抗。
另外，电容的最小值受制于工艺极限（0.18μm工艺中，最小的MIM电容为35.6fF），而本申请的微型化脑电信号放大器11的输入电容CINPUT与阻抗提升电容CIBL可以均采用MOM电容，MOM电容采用多层金属结构，电容密度高于传统的MIM电容，从而可以极大地减小芯片面积。
在一些实施例中，本申请的微型化脑电信号放大器11还可以包括可变增益放大单元114（如图4所示）。可变增益放大单元114可以用来将固定增益放大单元112放大后的脑电信号再进行可变增益的放大处理得到进一步放大的脑电信号。
本申请还提供了一种脑机接口芯片系统1。图4揭示了本申请一个实施例的脑机接口芯片系统1的整体示意图。如图4所示，本申请一个实施例的脑机接口芯片系统1包括信号放大模块10、信号转换及传输模块20以及信号接收及处理模块30。
通过穿戴于颅外的搭载有脑电信号采集设备的干性主动电极将采集到的脑电信号传递至信号放大通路的输入端传输至信号放大模块10。信号放大模块10用于对穿戴于颅外的搭载有脑电信号采集设备的干性主动电极采集到的输入信号中的脑电信号进行放大处理，得到放大的脑电信号。信号放大模块10包括如上各个实施例所述的微型化脑电信号放大器11。
信号放大模块10还可以包括共模平均单元12。共模平均单元12用于将输入信号中的共模干扰信号动态耦合至接地端GND和电源端VDD。
信号转换及传输模块20用于将放大的脑电信号进行转换，编码和传输形成转换后的数字信号。
信号接收及处理模块30用于对转换后的数字信号进行接收、解码和处理形成得到最终的脑电信号。
在一些实施例中，本申请的脑机接口芯片系统1还包括传输电极41和用户电极42。其中，信号接收及处理模块30用于将转换后的数字信号通过传输电极41传输至用户电极42，用户电极42用于将转换后的数字信号进一步传输至信号接收及处理模块30。例如，传输电极41可以设置于人体的体表，用户电极42可以集成在人体的可穿戴设备内，传输电极41可以通过无线体表传输至用户电极42。通过可穿戴设备以用户的身体作为媒介，为数据传输提供了一个高效且安全的通信接口，通过无线体表传输实现生物数据自动加密，很好地维护了数据的安全性。
在一些实施例中，信号转换及传输模块20包括模数转换器21，编码器22和射频传输单元（TX）23。模数转换器21用于将幅值、时间连续的放大的脑电信号转换为离散的数字信号；编码器22用于将离散的数字信号通过编码器22进行编码并转换为串行的数字信号；射频传输单元23用于将串行的数字信号传输给传输电极41；传输电极41用于将串行的数字信号传输给用户电极42；用户电极42用于将串行的数字信号进一步传输给信号接收及处理模块30。
在一些实施例中，信号接收及处理模块30包括射频接收单元（RX）31、译码器32和后端处理器33。射频接收单元31用于接收串行的数字信号，并传输至译码器32；译码器32用于对串行的数字信号解码并传输至后端处理器33；后端处理器33用于将解码后的数字信号处理得到最终的脑电信号。
本申请的脑机接口芯片系统1首先通过穿戴于颅外的搭载有脑电信号采集设备的干性主动电极将采集到的脑电信号传递至信号放大通路的输入端传输至信号放大模块10，通过阻抗提升回路让电流反馈来抑制放大器的输入电流，从而提高放大器的输入阻抗，减小因为干性电极本身阻抗过大造成的信号衰减问题。由于提升输入阻抗需要尽可能减小放大器的输入电容CINPUT并将阻抗提升电容CIBL与反馈电容CFB相匹配，而电容的最小值受制于工艺极限（0.18μm工艺中，最小的MIM电容为35.6fF），本申请的脑机接口芯片系统1通过使用放大器晶体管对的栅极和漏极之间介电层形成的寄生电容Cgd来替代传统放大器的反馈电容CFB，极大地减小了反馈电容CFB的数值（12fF，为最小MIM电容的1/3）；同时，输入电容CINPUT与阻抗提升电容CIBL可以均采用MOM电容，从而，可以极大地减小芯片面积。然后，将放大后的脑电信号传递至模数转换器21，将转换后得到的数字信号编码后传入射频传输单元23，经过体表传输电极41将该数字信号通过无线体表传输至集成在可穿戴设备内的用户电极42；之后，用户电极42将脑电信号传入射频接收单元31，经译码器32处理后，最终将脑电信号传入后端处理器33。
本申请的微型化脑电信号放大器11及脑机接口芯片系统1至少能够取得以下有益技术效果中的一个或多个：
（1）本申请通过使用放大器晶体管对的栅极和漏极之间介电层形成的寄生电容Cgd来替代传统放大器的反馈电容CFB，极大地减小了反馈电容CFB的数值，同时由于反馈电容CFB缩小，基于固定增益，相应的输入电容CINPUT数值也大幅减小，可以大幅降低芯片面积；
（2）本申请的输入电容CINPUT与阻抗提升电容CIBL可以均采用MOM电容，MOM电容采用多层金属结构，电容密度高于传统的MIM电容，从而，可以极大地减小芯片面积；
（3）本申请基于180纳米成熟芯片工艺设计，该工艺相比较先进工艺具有更优的噪声性能，通过本申请实现了对于该工艺片上电容器件最小尺寸的突破，在保证噪声性能的同时实现了芯片的微型化。
以上对本申请实施例所提供的微型化脑电信号放大器及脑机接口芯片系统进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本申请实施例的微型化脑电信号放大器及脑机接口芯片系统进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的核心思想，并不用以限制本申请。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请的精神和原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也均应落入本申请所附权利要求书的保护范围内。

Claims (13)

1.一种微型化脑电信号放大器，其特征在于，包括斩波调制单元、输入电容、固定增益放大单元、斩波解调制单元及反馈电容，所述固定增益放大单元具有正向输入端、负向输入端、正向输出端和负向输出端，所述输入电容包括分别连接所述固定增益放大单元的正向输入端和负向输入端的第一输入电容和第二输入电容，其中，
所述斩波调制单元通过所述第一输入电容和所述第二输入电容分别连接至所述固定增益放大单元的正向输入端和负向输入端，所述斩波调制单元用于将脑电信号进行斩波调制，以输出斩波调制后的脑电信号；
所述固定增益放大单元用于将斩波调制后的脑电信号进行放大处理，其包括第一晶体管对和第二晶体管对，所述第一晶体管对的栅极和漏极分别连接所述固定增益放大单元的正向输入端和负向输出端，所述第二晶体管对的栅极和漏极分别连接所述固定增益放大单元的负向输入端和正向输出端，其中，所述反馈电容包括第一反馈电容和第二反馈电容，所述第一晶体管对的栅极和漏极之间的寄生电容形成所述第一反馈电容，所述第二晶体管对的栅极和漏极之间的寄生电容形成所述第二反馈电容；及
所述斩波解调制单元连接至所述固定增益放大单元的正向输出端和负向输出端，用于将放大后的脑电信号解调至原始信号频段得到原始的脑电信号。
2.如权利要求1所述的微型化脑电信号放大器，其特征在于，所述第一晶体管对包括第一PMOS管和第一NMOS管，其中，所述第一PMOS管的栅极和所诉第一NMOS管的栅极分别连接至所述固定增益放大单元的正向输入端，所述第一PMOS管的漏极与所述第一NMOS管的漏极分别连接至所述固定增益放大单元的负向输出端；
所述第二晶体管对包括第二PMOS管和第二NMOS管，其中，所述第二PMOS管的栅极和所述第二NMOS管的栅极分别连接至所述固定增益放大单元的负向输入端，所述第二PMOS管的漏极与所述第二NMOS管的漏极分别连接至所述固定增益放大单元的正向输出端，
所述第一PMOS管的源极和所述第二PMOS管的源极连接在一起并用于连接至电源端，所述第一NMOS管的源极和所述第二NMOS管的源极连接在一起并用于连接至接地端。
3.如权利要求2所述的微型化脑电信号放大器，其特征在于，所述固定增益放大单元还包括第三PMOS管、第四PMOS管、第三NMOS管和第四NMOS管，其中，
所述第一PMOS管的源极和所述第二PMOS管的源极分别通过所述第三PMOS管和所述第四PMOS管连接至所述电源端，其中，所述第一PMOS管的源极和所述第二PMOS管的源极分别连接所述第三PMOS管的漏极和所述第四PMOS管的漏极，所述第三PMOS管的源极和所述第四PMOS管的源极均连接至所述电源端；
所述第一NMOS管的源极和所述第二NMOS管的源极分别通过所述第三NMOS管和所述第四NMOS管连接至所述接地端，其中，所述第一NMOS管的源极和所述第二NMOS管的源极分别所述第三NMOS管的漏极和所述第四NMOS管的漏极，所述第三NMOS管的源极和所述第四NMOS管的源极连接至所述接地端；
所述第三PMOS管的栅极和所述第三NMOS管的栅极分别连接至所述固定增益放大单元的负向输出端，所述第四PMOS管的栅极和所述第四NMOS管的栅极分别连接至所述固定增益放大单元的正向输出端。
4.如权利要求3所述的微型化脑电信号放大器，其特征在于，所述第一反馈电容等于所述第一PMOS管的栅极和漏极之间的寄生电容与所述第一NMOS管的栅极和漏极之间的寄生电容之和；
所述第二反馈电容等于所述第二PMOS管的栅极和漏极之间的寄生电容与所述第二NMOS管的栅极和漏极之间的寄生电容之和。
5.如权利要求1至4中任一项所述的微型化脑电信号放大器，其特征在于，所述第一晶体管对和所述第二晶体管对的栅极和漏极之间的寄生电容为12fF。
6.如权利要求1至4中任一项所述的微型化脑电信号放大器，其特征在于，所述第一输入电容和所述第二输入电容采用MOM电容。
7.如权利要求1至4中任一项所述的微型化脑电信号放大器，其特征在于，还包括设置在所述斩波调制单元的输出端与所述斩波解调制单元的输入端的阻抗提升回路，所述阻抗提升回路设有阻抗提升电容，所述阻抗提升电容包括第一阻抗提升电容和第二阻抗提升电容，其中，
所述第一阻抗提升电容连接在所述斩波调制单元的正向输出端与所述斩波解调制单元的正向输入端之间；
所述第二阻抗提升电容连接在所述斩波调制单元的负向输出端与所述斩波解调制单元的负向输入端之间。
8.如权利要求7所述的微型化脑电信号放大器，其特征在于，所述阻抗提升电容与所述反馈电容的数值大小相匹配，同时减小输入电容，提高所述微型化脑电信号放大器的输入阻抗。
9.如权利要求7所述的微型化脑电信号放大器，其特征在于，所述第一阻抗提升电容和所述第二阻抗提升电容采用MOM电容。
10.如权利要求1所述的微型化脑电信号放大器，其特征在于，还包括可变增益放大单元，所述可变增益放大单元用于将所述固定增益放大单元放大后的脑电信号再进行可变增益的放大处理得到进一步放大的脑电信号。
11.一种脑机接口芯片系统，其特征在于，包括信号放大模块、信号转换及传输模块以及信号接收及处理模块，其中，
所述信号放大模块用于对穿戴于颅外的搭载有脑电信号采集设备的干性主动电极采集到的输入信号中的脑电信号进行放大处理，得到放大的脑电信号，所述信号放大模块包括如权利要求1至10中任一项所述的微型化脑电信号放大器；
所述信号转换及传输模块用于将放大的脑电信号进行转换，编码和传输形成转换后的数字信号；
所述信号接收及处理模块用于对转换后的数字信号进行接收、解码和处理形成得到最终的脑电信号。
12.如权利要求11所述的脑机接口芯片系统，其特征在于，还包括传输电极和用户电极，其中，所述信号接收及处理模块用于将转换后的数字信号通过所述传输电极传输至所述用户电极，所述用户电极用于将转换后的数字信号进一步传输至所述信号接收及处理模块。
13.如权利要求12所述的脑机接口芯片系统，其特征在于，所述传输电极设置于人体的体表，所述用户电极集成在人体的可穿戴设备内，所述传输电极通过无线体表传输至所述用户电极。
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