[发明专利]具有8个通道的数字生物电势获取系统

说明书

本发明涉及具有8个通道的数字生物电势获取系统。具体而言，本发明涉及一种用于从生物的神经系统获取电子信息的生物相容的记录系统，所述生物相容的记录系统包括前置放大器级和另外的放大器级，其中第二放大器级的输入耦合到所述前置放大器的输出；以及具有电容倍增器的低通滤波器，所述低通滤波器连接到所述第二级的所述放大器。所述记录系统的所述前置放大器使用P‑MOS技术设计。

技术领域

本发明涉及用于记录生物的神经信号的生物相容的神经植入体。具体地，本发明公开用于植入生物中的芯片内神经信号的获取系统。

背景技术

生物电势是在活细胞、组织和有机组织中的点之间测量的电势并且结合所有生物化学过程发生。还描述信息在细胞之间和在细胞内的传递。电量(电压、电流或场强度)由带电荷离子的化学反应引起。此术语进一步在描述信息在细胞之间和细胞内的传递中(例如，在信号传输中)使用。

神经植入体可电刺激、捕获并且阻挡(或甚至同时捕获和刺激)来自生物中单个神经元或神经元群组(生物神经网络)的信号。

本发明公开集成CMOS生物电势获取芯片的设计和测试，所述集成CMOS生物电势获取芯片具有8个通道并且由低噪声放大器(LNA)、第二级、复用器和两个模数转换器(ADC)组成。

由于其可变的功率消耗，第一级的集成噪声可从1.94μV_RMS减少至0.693μV_RMS(I_ss＝250μA)。装置具有可变的下拐角频率和上拐角频率并且在1Mb/s下输出两个16位数字数据流。

芯片以X-Fab 0.35μm CMOS技术制造并且具有10mm²的面积。

神经植入体是支持疾病(诸如帕金森氏疾病、听觉损伤和心脏病)的治疗的装置。

这类装置通过电刺激连接神经系统以诱导身体反应。例如，耳蜗植入体刺激听神经来创建听觉的感知印象，起搏器刺激心脏的内壁来触发心脏肌肉收缩，并且深脑刺激器生成防止由帕金森氏疾病引起的不想要的肌肉颤搐的信号。

医学研究的目的在于理解神经植入体应如何影响神经系统。正常地，大型记录系统在对人和动物的实验中使用，使得可能可视化并且处理来自脑或神经的信号。当前实验显示明显倾向于使用可植入的获取系统，因为它们是更靠近于医学植入体的现实的一个步骤。

取决于应用的类型，生物电信号覆盖宽范围的幅值、噪声电平和频率带。出于这个原因，可使其性质适于相应的应用的记录系统是极其令人希望的。

Ghovanloo[6]展示了具有极其低的功率消耗的系统，所述系统可检测脑信号并且包括可变的带宽和无线电传输。Harrison等人展示了多功能获取放大器，所述多功能获取放大器在脑动作电势、脑电图(EEG)、心电图(ECG)和肌电图(EMG)的情况下已经得以证明其自身。

这些获取系统的优点是它们各自具有4μV_RMs和2μV_RMS的噪声电平，这在具有EEG和神经电图(ENG)的应用中相对较高。

放大器还生成噪声，所述噪声被分成热噪声和闪烁噪声。

热噪声密度相对于频率恒定并且与晶体管的等效电阻成正比例。

另一方面，闪烁噪声密度取决于具有1/f因子的频率并且与晶体管表面成反比例。

已经作出一些努力来克服噪声限制。显著的工作由用于ENG的BJT输入跨导运算放大器(OTA)表示，由R.Rieger和N.Donaldson提出。

由于BJT晶体管并不生成闪烁噪声，因而300nV_RMS的所得的输入相关的噪声显著地低于先前的放大器的输入相关的噪声。然而，此架构具有两个严重的缺点：