[发明专利]脑电信号的可植入式前端采集器及其构造方法

说明书

技术领域

本发明涉及可植入式脑神经信号读取系统信号采集集成化技术领域，具体涉及脑电信号的可植入式前端采集器及其设计方法。

背景技术

集成化微弱信号采集由于其高度集成化和低功耗化，而被广泛应用到植入式脑神经与外界计算机数据处理系统的信号采集接口装置中。然而，植入式脑机接口装置受到脑电信号的微弱性和海量性以及植入式装置的微功耗和微小化的矛盾问题成为困扰其实用化的症结所在。现有的植入式脑电信号前端读取电路消耗过大的芯片面积，且随着大规模多通道阵列集成而导致芯片面积继续激增，并且由于其中的前端采集装置放大器的截止频率依赖于电极的寄生参数而导致前端整体性能的低下。

为了实现多通道高灵敏度脑电信号前端采集，现有技术中使用了BiCMOS(Bipolar CMOS)伪阻抗放大器处理方法。当实现后，发现采集器截止频率与植入电极寄生参数存在依存，且集成化后随着多通道的实现带来巨大的面积消耗，导致脑内植入时创伤面积大和芯片过热使颅内组织受损等问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的前端采集器实现带来的芯片面积大，导致脑内植入时创伤面积大和芯片过热使颅内组织受损等问题，提供了一种脑电信号的可植入式前端采集器及其设计方法，本发明的前端采集器及其设计方法利用全差分有源反馈结构实现微噪声、微功耗、低面积消耗的前端采集获取技术，有利于大规模神经信号的多通道同步采集，以及脑电原始数据的完整重现，进而保证了植入式脑机接口装置的微小化和实用化。

本发明提供的一种脑电信号的可植入式前端采集器，包括：输入滤波器、第一主放大器装置、第二放大器、多路复用器、输出缓冲器和系统控制器。所述的输入滤波器有多个，每个都对应一个第一主放大器装置和一个第二放大器，每个输入滤波器将接收的微弱脑电神经信号进行滤波处理后，送入对应的第一主放大器装置中，第一主放大器装置中的主放大器将微弱脑电神经信号放大并送入到有源负反馈电路中以抑制放大后信号的直流失调，经第一主放大器装置处理后的脑电神经信号都输出给第二放大器进行信号放大，放大后的脑电神经信号都输入给多路复用器，多路复用器在系统控制器的控制下完成多通道的实时脑电神经信号的选择，并将选择的脑电神经信号输出给输出缓冲器，输出缓冲器在系统控制器的控制下将脑电神经信号输出。

所述的第一主放大器装置，其内的主放大器由双端输入/输出差分放大器、一个电容和一个电阻构成；其内的有源负反馈电路由双端输入差分放大器和三个电容构成。主放大器的电容一端接输入，另一端接入双端输入/输出差分放大器的输入端负极和主放大器的电阻的一端，电阻的另一端接双端输入/输出差分放大器的输出端正极，双端输入/输出差分放大器的输入端正极接地。有源负反馈电路中的双端输入差分放大器与第一电容并联，第一电容的一端与双端输入差分放大器输出端连接，另一端接与双端输入差分放大器的输入端负极；双端输入差分放大器的输入端正极接地，输出串联第三电容，与主放大器的双端输入/输出差分放大器的输入端负极连接。主放大器的双端输入/输出差分放大器的输出端负极串联第二电容与有源负反馈电路的双端输入差分放大器的输入端负极串连。

所述的前端采集器，其输入滤波器与第一主放大器装置、第二放大器的数量各为256个，多路复用器为一个，所述的多路复用器输入端为256端口，控制端为8端口，输出端为16端口，可以是市购的微电极阵列。

本发明提供的一种脑电信号的可植入式前端采集器的构造方法，具体如下：第一步，设置输入滤波器，将微弱脑电神经信号进行滤波处理；第二步，设置第一主放大器装置，第一主放大器装置分为两部分，一部分为主放大器，将滤波处理后的微弱脑电神经信号进行放大，一部分为有源负反馈电路，抑制处理后的微弱脑电神经信号的直流失调；第三步，设置第二放大器，将经第一主放大器装置处理后的脑电神经信号进行放大；第四步，将经第二放大器放大后的脑电神经信号输出给多路复用器，多路复用器在系统控制器的控制下完成多通道的实时脑电神经信号的选择，并将选择的脑电神经信号输出给输出缓冲器，输出缓冲器在系统控制器的控制下将脑电神经信号输出。

本发明的优点与积极效果在于：

(1)在满足系统功能的前提下获得最佳的功耗、噪声和面积折中最优参数，合理设置每个模块所需的性能指标，为后续具体电路的设计提供指导；