專利名稱：腦電信號的可植入式前端采集器及其構(gòu)造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可植入式腦神經(jīng)信號讀取系統(tǒng)信號采集集成化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及腦 電信號的可植入式前端采集器及其設(shè)計方法。
背景技術(shù)：
集成化微弱信號采集由于其高度集成化和低功耗化，而被廣泛應(yīng)用到植入式腦神 經(jīng)與外界計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的信號采集接口裝置中。然而，植入式腦機接口裝置受到腦 電信號的微弱性和海量性以及植入式裝置的微功耗和微小化的矛盾問題成為困擾其實用 化的癥結(jié)所在。現(xiàn)有的植入式腦電信號前端讀取電路消耗過大的芯片面積，且隨著大規(guī)模 多通道陣列集成而導(dǎo)致芯片面積繼續(xù)激增，并且由于其中的前端采集裝置放大器的截止頻 率依賴于電極的寄生參數(shù)而導(dǎo)致前端整體性能的低下。為了實現(xiàn)多通道高靈敏度腦電信號前端采集，現(xiàn)有技術(shù)中使用了 BiCMOS (Bipolar CMOS)偽阻抗放大器處理方法。當實現(xiàn)后，發(fā)現(xiàn)采集器截止頻率與植入電極寄生參數(shù)存在依 存，且集成化后隨著多通道的實現(xiàn)帶來巨大的面積消耗，導(dǎo)致腦內(nèi)植入時創(chuàng)傷面積大和芯 片過熱使顱內(nèi)組織受損等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的前端采集器實現(xiàn)帶來的芯片面積大，導(dǎo)致腦內(nèi)植入時 創(chuàng)傷面積大和芯片過熱使顱內(nèi)組織受損等問題，提供了一種腦電信號的可植入式前端采集 器及其設(shè)計方法，本發(fā)明的前端采集器及其設(shè)計方法利用全差分有源反饋結(jié)構(gòu)實現(xiàn)微噪 聲、微功耗、低面積消耗的前端采集獲取技術(shù)，有利于大規(guī)模神經(jīng)信號的多通道同步采集， 以及腦電原始數(shù)據(jù)的完整重現(xiàn)，進而保證了植入式腦機接口裝置的微小化和實用化。本發(fā)明提供的一種腦電信號的可植入式前端采集器，包括輸入濾波器、第一主放 大器裝置、第二放大器、多路復(fù)用器、輸出緩沖器和系統(tǒng)控制器。所述的輸入濾波器有多個， 每個都對應(yīng)一個第一主放大器裝置和一個第二放大器，每個輸入濾波器將接收的微弱腦電 神經(jīng)信號進行濾波處理后，送入對應(yīng)的第一主放大器裝置中，第一主放大器裝置中的主放 大器將微弱腦電神經(jīng)信號放大并送入到有源負反饋電路中以抑制放大后信號的直流失調(diào)， 經(jīng)第一主放大器裝置處理后的腦電神經(jīng)信號都輸出給第二放大器進行信號放大，放大后的 腦電神經(jīng)信號都輸入給多路復(fù)用器，多路復(fù)用器在系統(tǒng)控制器的控制下完成多通道的實時 腦電神經(jīng)信號的選擇，并將選擇的腦電神經(jīng)信號輸出給輸出緩沖器，輸出緩沖器在系統(tǒng)控 制器的控制下將腦電神經(jīng)信號輸出。所述的第一主放大器裝置，其內(nèi)的主放大器由雙端輸入/輸出差分放大器、一個 電容和一個電阻構(gòu)成；其內(nèi)的有源負反饋電路由雙端輸入差分放大器和三個電容構(gòu)成。主 放大器的電容一端接輸入，另一端接入雙端輸入/輸出差分放大器的輸入端負極和主放大 器的電阻的一端，電阻的另一端接雙端輸入/輸出差分放大器的輸出端正極，雙端輸入/輸 出差分放大器的輸入端正極接地。有源負反饋電路中的雙端輸入差分放大器與第一電容并聯(lián)，第一電容的一端與雙端輸入差分放大器輸出端連接，另一端接與雙端輸入差分放大器 的輸入端負極；雙端輸入差分放大器的輸入端正極接地，輸出串聯(lián)第三電容，與主放大器的 雙端輸入/輸出差分放大器的輸入端負極連接。主放大器的雙端輸入/輸出差分放大器的 輸出端負極串聯(lián)第二電容與有源負反饋電路的雙端輸入差分放大器的輸入 端負極串連。所述的前端采集器，其輸入濾波器與第一主放大器裝置、第二放大器的數(shù)量各為 256個，多路復(fù)用器為一個，所述的多路復(fù)用器輸入端為256端口，控制端為8端口，輸出端 為16端口，可以是市購的微電極陣列。本發(fā)明提供的一種腦電信號的可植入式前端采集器的構(gòu)造方法，具體如下第一 步，設(shè)置輸入濾波器，將微弱腦電神經(jīng)信號進行濾波處理；第二步，設(shè)置第一主放大器裝置， 第一主放大器裝置分為兩部分，一部分為主放大器，將濾波處理后的微弱腦電神經(jīng)信號進 行放大，一部分為有源負反饋電路，抑制處理后的微弱腦電神經(jīng)信號的直流失調(diào)；第三步， 設(shè)置第二放大器，將經(jīng)第一主放大器裝置處理后的腦電神經(jīng)信號進行放大；第四步，將經(jīng)第 二放大器放大后的腦電神經(jīng)信號輸出給多路復(fù)用器，多路復(fù)用器在系統(tǒng)控制器的控制下完 成多通道的實時腦電神經(jīng)信號的選擇，并將選擇的腦電神經(jīng)信號輸出給輸出緩沖器，輸出 緩沖器在系統(tǒng)控制器的控制下將腦電神經(jīng)信號輸出。本發(fā)明的優(yōu)點與積極效果在于(1)在滿足系統(tǒng)功能的前提下獲得最佳的功耗、噪聲和面積折中最優(yōu)參數(shù)，合理設(shè) 置每個模塊所需的性能指標，為后續(xù)具體電路的設(shè)計提供指導(dǎo)；(2)微弱腦神經(jīng)信號主放大器是整個系統(tǒng)的核心部件之一，將由電極獲得的微弱 信號進行放大，從而滿足后續(xù)電路進一步處理的要求，在具體電路的設(shè)計過程中嚴格采用 了低功耗、低噪聲的設(shè)計技術(shù)，保持原有小面積之優(yōu)點的基礎(chǔ)上，解決了通帶增益穩(wěn)定性和 噪聲等問題，使設(shè)計獲得了滿意的性能；(3)基于有源反饋電路，實現(xiàn)直流失調(diào)抑制機能并完成對不同組織環(huán)境、不同電極 種類的適應(yīng)性/可配置調(diào)節(jié)功能；研究多噪音干擾源條件下，有源反饋電路和等效低頻帶 通濾波器等模擬信號處理結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)噪音抑制功能。


圖1是本發(fā)明的前端采集器的總體框架結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的前端采集器的總體電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的主放大器和有源負反饋電路的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4中，(a)是本發(fā)明的主放大器的內(nèi)部MOS管級電路圖；(b)是有源負反饋電路 內(nèi)部MOS管級電路圖；圖5是第二放大器的MOS管級電路圖；圖6中，(a)是本發(fā)明第二放大器的頻率特性和輸入?yún)⒖荚肼曁匦郧€；(b)是本 發(fā)明第二放大器的等效輸入?yún)⒖荚肼晫嶒灲Y(jié)果圖；圖7是本發(fā)明前端采集器的構(gòu)造方法流程圖。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
本發(fā)明采用腦電信號的可植入式前端采集器的設(shè)計方法設(shè)計的前端采集器，如圖1所示，包括輸入濾波器1、第一主放大器裝置2、第二放大器3、多路復(fù)用器4、輸出緩沖器5 和系統(tǒng)控制器6。第一主放大器裝置2包含有主放大器21和有源負反饋電路22。第一主 放大器裝置2中的有源負反饋電路22的設(shè)置抑制了被采集信號的直流失調(diào)及其低頻噪音， 并補償被衰減的有效信號，實現(xiàn)了微噪聲、微功耗、低面積消耗。輸入濾波器1有多個，每個都對應(yīng)一個第一主放大器裝置2和第二放大器3。每個 輸入濾波器1將接收的微弱腦電神經(jīng)信號進行濾波處理后，送入對應(yīng)的第一主放大器裝置 2中，第一主放大器裝置2的主放大器21將微弱腦電神經(jīng)信號放大并送入到有源負反饋電 路22中以抑制放大后信號的直流失調(diào)。經(jīng)第一主放大器裝置2處理后的腦電神經(jīng)信號再 送入第二放大器3進行放大，將放大的腦電神經(jīng)信號都輸出給多路復(fù)用器4，多路復(fù)用器4 在系統(tǒng)控制器6的控制下完成多通道的實時腦電神經(jīng)信號的選擇，并將選擇的腦電神經(jīng)信 號輸出給輸出緩沖器5，輸出緩沖器5在系統(tǒng)控制器6的控制下輸出腦電神經(jīng)信號。如圖2所示，本發(fā)明的前端采集器的電路中，多路復(fù)用器4的電極輸入連接采集 通道PI、P2、……、Pn，每個通道中包含有一個輸入濾波器1、一個第一主放大器裝置2和 一個第二放大器3。第一主放大器裝置2主要是由圖2中的運算放大器Al實現(xiàn)，第二放大 器3主要是由圖2中的運算放大器A2實現(xiàn)。所述的輸入濾波器1是在正負端口并聯(lián)電阻 和電容，用于在收到電極信號后平衡輸入信號，并進一步送入每個通道的第一主放大裝置2 的正負輸入端。以采集通道Pl為例，運算放大器Al的正負輸出端分別串聯(lián)電阻RpR2接于 運算放大器A2的正負輸入端，運算放大器A2的正負輸入端分別串聯(lián)電容C1接于運算放大 器A2的正負輸出端。經(jīng)輸入濾波器1濾波的信號輸入運算放大器Al、運算放大器A2處理 后輸出給多路復(fù)用器4進行后續(xù)處理。所述的第一主放大器裝置2為低噪聲放大器，如圖3所示，第一主放大器裝置2包 含主放大器21和有源負反饋電路22。主放大器21由雙端輸入/輸出差分放大器211、電 容213和電阻212構(gòu)成；有源負反饋電路22是由雙端輸入差分放大器221和三個電容222、 223,224構(gòu)成。主放大器21中各器件連結(jié)關(guān)系是電容213 —端接輸入，另一端接入差分 放大器211的輸入端負極和電阻212的一端，電阻212的另一端接兩端差分放大器211的 輸出端正極，差分放大器211的輸入端正極接地。差分放大器211輸出端負極串聯(lián)第一電 容222與有源負反饋電路22中的差分放大器221的輸入端負極串連。有源負反饋電路22 各器件連結(jié)關(guān)系是差分放大器221與第二電容223并聯(lián)形成積分器，實現(xiàn)了有源反饋濾波 的功能，第二電容223的一端與差分放大器221輸出端連接，另一端接與差分放大器221的 輸入端的負極，差分放大器221的輸入端正極接地，差分放大器221的輸出還串聯(lián)第三電容 224，與差分放大器211的輸入端負極連接，以實現(xiàn)反饋信號通路。有源負反饋電路22的電 容比例匹配技術(shù)有效克服了 10Hz-9KHz范圍內(nèi)的腦電信號的處理。所述的主放大器21的具體電路結(jié)構(gòu)如圖4中(a)所示，MOS管M1J2和M3、M4分別 組成差分輸入對。MOS管M5、M6連接于差分輸入對的漏極組成共源共柵管，實現(xiàn)隔離輸入晶 體管寄生電容對運放輸出電容的影響，并同時提高輸出阻抗。差分輸入對中的MOS管M1和 M3的漏極連接MOS管M5組成共源共柵管，MOS管M2和M4的漏極連接MOS管M6組成共源共 柵管?？刂撇罘州斎雽艠O連接的MOS管Mai-Ma2和Mbi-Mb2工作在線性區(qū)，形成源極退化結(jié) 構(gòu)，提高運放的線性度。差分輸入對中的四個MOS管Mp M2和M3、M4的源極連接從電源VDD而來的MOS管M9、M1(i M11和M12，它是上述工作器件的電流源并供電。連接在輸入差分對的漏極的MOS管M5和M6的漏極作為輸出端，與有源負反饋電路22的輸入端連接，接收有源負反 饋電路22提供的有源負反饋信號的輸入，并減低熱噪聲對電路的影響。MOS管M5、M6的漏 極分別與負載管禮、M8串聯(lián)，從而提供主放大器21的差動輸出信號給有源負反饋電路22。所述的有源負反饋電路22的MOS管級電路，如圖4中(b)所示。MOS管M19、M2tl和 M21連接電源提供下面電路的電流，其中MOS管M19和M20都是MOS管M21的電流鏡像，即MOS 管M19和M20電流相等并都由MOS管M21的電流值所決定。MOS管M13> M14和M15, M16組成兩 對PMOS管，兩對PMOS管中MOS管M13和M16的漏極連接MOS管M17的漏極和柵極，MOS管M14 和M15的漏極連接MOS管M18的漏極和柵極，MOS管M17和M18的源極接地。兩對PMOS管中的 MOS管M13和M14的源極連接于MOS管M19的漏極，MOS管M15和M16的源極連接于MOS管M2tl 的漏極。兩對PMOS管的輸出給如圖4中(a)所示的主放大器21中的MOS管M5和M6的柵 極，實現(xiàn)了有源負反饋信號的反饋。第二放大器3用于提高輸出信號的增益，其MOS管級電路圖如圖5所示，第二放大 器3采用PMOS輸入對的差分對結(jié)構(gòu)M31和M32，PMOS輸入對M31和M32的柵極為輸入對，其源 極接電流鏡，漏極接負載。電流鏡M42和M41為PMOS輸入對提供恒流并由外接電流源所鏡 像。通過偏置M33、M34使PMOS輸入對流過恒定大小的電流，從而降低輸出級的電流，增加輸 出阻抗，提高增益。負載由MOS管M33、M34、M35和M36組成，負載連接有源極跟隨器，MOS管M33 和M35組成的負載，與由MOS管M34和M36組成的負載分別通過MOS管M37、M38鏡像到二級放 大結(jié)構(gòu)中，通過完全鏡像的源極跟隨器M38、M40和M37、M39提供更大擺幅的輸出信號，從而實 現(xiàn)具有低噪聲、低直流偏執(zhí)和低功耗的信號讀出裝置。本發(fā)明中采用恒流源，目的是為了提高其輸出阻抗，以保證數(shù)值非常微小偏置電 流的精確度。有源負反饋電路22的兩對MOS管工作在深線性區(qū)，一對檢測輸出共模電平相 對于參考電壓的變化，另一對提供共模參考電壓。如圖3所示，輸入的腦電神經(jīng)信號通過輸 入端Vin進入主放大器21，信號經(jīng)由兩端差分放大器211前饋通路的反向輸出端進入有源 負反饋電路22，反饋的信號通過由第三電容224、電阻212、和兩端差分放大器211構(gòu)成的微 分器實現(xiàn)對主放大器21的傳輸函數(shù)的修正，降低其高頻響應(yīng)。最終兩端差分放大器211的 高頻增益實現(xiàn)穩(wěn)定。第一主放大器裝置2中有源負反饋電路22的設(shè)置抑制了輸入信號的 直流失調(diào)。本發(fā)明中考慮到高通截止頻率(fH)與電阻(R)和電容(C1)成反比。設(shè)計時當使用 電容在片上集成時會消耗很大的面積，所以用高值電阻來滿足高通截止。但，當電阻的阻值 大于IO12 Ω。這對于片上集成制造也是很困難的，于是，采用具有亞閾值偏流的金屬氧化物 半導(dǎo)體場效晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET 管) 代替高阻和大電容等無源器件可以解決制造時面積消耗過大的問題。所述的多路復(fù)用器4，在系統(tǒng)控制器6的控制下完成多通道的實時腦電信號的選 擇。多路復(fù)用器4輸入端為256個，控制端為8端口，輸出端為16端口。各個輸出端口都經(jīng) 由輸出緩沖器(Buffer)5經(jīng)緩沖后輸出，以保障信號的完整、準確。系統(tǒng)控制器6基于有限 狀態(tài)機控制思想通過全數(shù)字CMOS邏輯電路來實現(xiàn)，同樣具有低功耗、低面積消耗的優(yōu)勢。如圖6(a)與圖6(b)所示，為本發(fā)明裝置中第二放大器3的頻率特性和輸入?yún)⒖?噪聲特性曲線。圖6(a)顯示了通帶增益為46(^，-3(^頻率帶寬為13泡 8.9紐2。圖5 (b)為第二放大器3的等效輸入?yún)⒖荚肼曤妷?，在頻率帶寬為IOHz IOkHz的范圍內(nèi)均方根噪 聲電壓為4. 3 μ Vrms ；熱噪聲電壓為55nV/ V Hz, 1/f噪聲拐角頻率約為800Hz。通過仿真 結(jié)果可知所提出的設(shè)計方法和電路裝置有效實現(xiàn)了直流抑制、低噪聲和低功耗的問題。本發(fā)明所公開的微功耗、微噪聲、微面積腦神經(jīng)信號獲取前端讀出信號方法及用 于植入式設(shè)計芯片在目前國內(nèi)外文獻中尚無現(xiàn)成的資料所披露，所述的開發(fā)目前已相當有 意義，現(xiàn)將該項研究的主要技術(shù)參數(shù)列下①芯片支持電壓士 1. 65V,消耗電流4. 5uA ；②高通截止頻率IOHz-400Hz，低通截止頻率4_9KHz ；③輸入?yún)⒖荚胍?. 3uVrms (13Ηζ_8· 9ΚΗζ)；④CMRR > 82dB ；PSRR > 84dB ；⑤系統(tǒng)增益41. 8dB ；⑥NEF 指標 5. 56 ；⑦系統(tǒng)面積消耗3m m2i0. 35um工藝。本發(fā)明提供的一種腦電信號的可植入式前端采集器的構(gòu)造方法，如圖7所示，具 體如下首先，設(shè)置輸入濾波器1，用于將微弱腦電神經(jīng)信號進行濾波處理；輸入濾波器1 是在正負端口并聯(lián)電阻和電容來實現(xiàn)。其次，設(shè)置第一主放大器裝置2，第一主放大器裝置2分為兩部分，一部分為主放 大器21，用于將濾波處理后的微弱腦電神經(jīng)信號進行放大，一部分為有源負反饋電路22， 用于抑制處理后的微弱腦電神經(jīng)信號的直流失調(diào)。第一主放大器裝置2的具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。如圖3所示，第一主放大器裝置2 可以分為兩部分由雙端輸入/輸出差分放大器211、一個電容213和一個電阻212構(gòu)成的 主放大器21和由雙端輸入差分放大器221和三個電容222、223、224構(gòu)成的有源負反饋電 路22。輸入的腦電神經(jīng)信號通過輸入端Vin進入主放大器21，經(jīng)主放大器21的電容213， 由雙端輸入/輸出差分放大器211的輸入端負極輸入兩端差分放大器211，信號經(jīng)由兩端 差分放大器211前饋通路的反向輸出端進入有源負反饋電路22，經(jīng)由經(jīng)雙端輸入差分放大 器221與第二電容223并聯(lián)構(gòu)成的積分器反饋的信號通過由第三電容224、電阻212、和兩 端差分放大器211構(gòu)成的微分器實現(xiàn)對主放大器21的傳輸函數(shù)的修正，降低其高頻響應(yīng)。 最終兩端差分放大器211的高頻增益實現(xiàn)穩(wěn)定。最終在電阻212連接雙端輸入/輸出差分 放大器211的一端與雙端輸入/輸出差分放大器211的輸出端負極輸出信號。然后，設(shè)置 第二放大器3，用于將經(jīng)第一主放大器裝置2處理后的腦電神經(jīng)信號進行放大。具體第二放 大器3的電路可見上述可植入式前端采集器中圖5的說明。 最后，將經(jīng)第二放大器3放大后的腦電神經(jīng)信號輸出給多路復(fù)用器4，多路復(fù)用器 4在系統(tǒng)控制器6的控制下完成多通道的實時腦電神經(jīng)信號的選擇，并將選擇的腦電神經(jīng) 信號輸出給輸出緩沖器5，輸出緩沖器5在系統(tǒng)控制器6的控制下將腦電神經(jīng)信號輸出。
權(quán)利要求
1.一種腦電信號的可植入式前端采集器，其特征在于，該前端采集器包括輸入濾波器 (1)、第一主放大器裝置O)、第二放大器(3)、多路復(fù)用器G)、輸出緩沖器( 和系統(tǒng)控制 器(6)；其中，第一主放大器裝置( 包含有主放大器和有源負反饋電路02)；所述的輸入濾波器(1)有多個，每個都對應(yīng)一個第一主放大器裝置( 和第二放大器 (3)，每個輸入濾波器(1)將接收的微弱腦電神經(jīng)信號進行濾波處理后，送入對應(yīng)的第一主 放大器裝置O)中，第一主放大器裝置( 中的主放大器將微弱腦電神經(jīng)信號放大并 送入到有源負反饋電路0 中以抑制放大后信號的直流失調(diào)，經(jīng)第一主放大器裝置(2)處 理后的腦電神經(jīng)信號再輸入給第二放大器C3)進行放大，將放大后的腦電神經(jīng)信號都輸出 給多路復(fù)用器G)，多路復(fù)用器(4)在系統(tǒng)控制器(6)的控制下完成多通道的實時腦電神經(jīng) 信號的選擇，并將選擇的腦電神經(jīng)信號輸出給輸出緩沖器(5)，輸出緩沖器( 在系統(tǒng)控制 器(6)的控制下將腦電神經(jīng)信號輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種腦電信號的可植入式前端采集器，其特征在于，所述的 第一主放大器裝置0)，其內(nèi)的主放大器由雙端輸入/輸出差分放大器011)、一個 電容013)和一個電阻012)構(gòu)成；其內(nèi)的有源負反饋電路02)由雙端輸入差分放大器 (221)和三個電容(222、223、224)構(gòu)成；主放大器中各器件連結(jié)關(guān)系是主放大器的電容(21 —端接輸入，另一 端接入雙端輸入/輸出差分放大器011)的輸入端負極和電阻012)的一端，電阻(212) 的另一端接雙端輸入/輸出差分放大器011)的輸出端正極，雙端輸入/輸出差分放大器 (211)的輸入端正極接地；有源負反饋電路02)中各器件連結(jié)關(guān)系是雙端輸入差分放大器021)與第二電容 (223)并聯(lián)，第二電容023)的一端與雙端輸入差分放大器(221)輸出端連接，另一端接與 雙端輸入差分放大器(221)的輸入端負極；雙端輸入差分放大器(221)的輸入端正極接地， 輸出串聯(lián)第三電容0 )，與主放大器的雙端輸入/輸出差分放大器011)的輸入端 負極連接；主放大器的雙端輸入/輸出差分放大器011)的輸出端負極串聯(lián)有源負反饋電 路02)中的第一電容(222)與有源負反饋電路02)的雙端輸入差分放大器021)的輸入 端負極串連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種腦電信號的可植入式前端采集器，其特征在于，所述的 主放大器(21)，其MOS管級電路結(jié)構(gòu)為僅05管虬、112和禮、114分別組成差分輸入對；所述差 分輸入對中的MOS管M1和M3的漏極連接MOS管M5組成共源共柵管，MOS管M2和M4的漏極 連接MOS管M6組成共源共柵管，MOS管M5和M6的漏極作為輸出端與有源負反饋電路02) 的輸入端連接，且MOS管M5和M6的漏極還分別與負載管M7、M8串聯(lián)；所述差分輸入對中的4 個MOS管虬為為和M4的柵極分別連接有MOS管Mai、Ma2、Mbi和Mb2，控制MOS管Mai、Ma2、Mbi 和Mb2工作在線性區(qū)，形成源極退化結(jié)構(gòu)；所述差分輸入對中的4個MOS管ΜρΜ2、Μ3和M4的 源極連分別接MOS管M9, M10 M11和M12，MOS管M9, M10 M11和M12連接電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種腦電信號的可植入式前端采集器，其特征在于，所述的 有源負反饋電路(2 ，其MOS管級電路結(jié)構(gòu)為兩對PMOS管M13、M14和M15、M16中MOS管M13 與M16的漏極作為有源負反饋電路02)的輸出端，MOS管M14和M15的柵極相連，MOS管M13 和M16的漏極連接MOS管M17的柵極和漏極，MOS管M14和M15的漏極連接MOS管M18的柵極和漏極，MOS管M17和M18的源極接地；MOS管M13和M14的源極連接于MOS管M19的漏極，MOS管 M15和M16的源極連接于MOS管M20的漏極，MOS管M19、M2(1和M21連接電源，MOS管M19和M20是 MOS管M21的電流鏡像；兩對PMOS管的輸出提供有源負反饋信號給主放大器中的MOS管M5fnM6的柵極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種腦電信號的可植入式前端采集器，其特征在于，所述的 第二放大器(3)，其MOS管級電路結(jié)構(gòu)為采用PMOS輸入對M31和M32的柵極作為第二放大 器⑶的輸入端；PMOS輸入對M31和M32的源極接電流鏡M41和M42，電流鏡M41和M42連接電 源為PMOS輸入對提供恒流；PMOS輸入對M31和M32的漏極分別接有由MOS管M33和M35組成 的負載，與由MOS管M34和M36組成的負載；MOS管M33和M35組成的負載連接有由MOS管M37 和M39組成的源極跟隨器，MOS管M34和M36組成的負載連接有由MOS管M37和M39組成的源 極跟隨器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種腦電信號的可植入式前端采集器，其特征在于，所述的 前端采集器，其輸入濾波器(1)、第一主放大器裝置( 和第二放大器C3)數(shù)量各為256個， 多路復(fù)用器(4)為一個，所述的多路復(fù)用器(4)輸入端為256端口，控制端為8端口，輸出 端為16端口。
7.一種腦電信號的可植入式前端采集器的構(gòu)造方法，其特征在于，該方法具體為第 一步，設(shè)置輸入濾波器(1)，將微弱腦電神經(jīng)信號進行濾波處理；第二步，設(shè)置第一主放大 器裝置O)，第一主放大器裝置( 分為兩部分，一部分為主放大器(21)，將濾波處理后的 微弱腦電神經(jīng)信號進行放大，一部分為有源負反饋電路(22)，抑制處理后的微弱腦電神經(jīng) 信號的直流失調(diào)；第三步，設(shè)置第二放大器(3)，將經(jīng)第一主放大器裝置( 處理后的腦電 神經(jīng)信號進行放大；第四步，將經(jīng)第二放大器C3)放大后的腦電神經(jīng)信號輸出給多路復(fù)用 器G)，多路復(fù)用器(4)在系統(tǒng)控制器(6)的控制下完成多通道的實時腦電神經(jīng)信號的選 擇，并將選擇的腦電神經(jīng)信號輸出給輸出緩沖器(5)，輸出緩沖器(5)在系統(tǒng)控制器(6)的 控制下將腦電神經(jīng)信號輸出。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種腦電信號的可植入式前端采集器的構(gòu)造方法，其特征在 于，第二步所述的主放大器包含雙端輸入/輸出差分放大器011)、一個電容(213)和 一個電阻012)；有源負反饋電路0 包含雙端輸入差分放大器(221)和三個電容(222、 223,224)；輸入的腦電神經(jīng)信號通過主放大器的電容013)由雙端輸入/輸出差分 放大器011)的輸入端負極輸入，經(jīng)雙端輸入/輸出差分放大器(211)的輸出端負極輸出， 輸出的信號經(jīng)過有源負反饋電路0 的第一電容(22 從雙端輸入差分放大器021)的 輸入端負極輸入，經(jīng)雙端輸入差分放大器021)與第二電容023)并聯(lián)構(gòu)成的積分器得到 的反饋信號再通過由有源負反饋電路02)的第三電容OM)、主放大器的電阻(212) 和雙端輸入/輸出差分放大器(211)構(gòu)成的微分器對主放大器傳輸函數(shù)的修正，最終 在電阻(21 連接雙端輸入/輸出差分放大器011)的一端與雙端輸入/輸出差分放大器 (211)的輸出端負極輸出信號。
全文摘要
本發(fā)明為腦電信號的可植入式前端采集器及其構(gòu)造方法，其中，前端采集器主要包括輸入濾波器、主放大器裝置、第二放大器、多路復(fù)用器、輸出緩沖器和系統(tǒng)控制器，輸入濾波器將接收的腦電信號進行濾波處理后，送入主放大器裝置進行放大并進行抑制放大后信號的直流失調(diào)處理，處理后的信號經(jīng)第二放大器放大輸出給多路復(fù)用器，多路復(fù)用器與輸出緩沖器在系統(tǒng)控制器的控制下將選擇的腦電信號輸出。前端采集器的構(gòu)造方法，主要是通過構(gòu)造在主放大器裝置構(gòu)造有源負反饋電路抑制被采集信號的直流失調(diào)，采用全差分源極負反饋電路和低頻帶通濾波器來抑制其低頻噪音。本發(fā)明有利于大規(guī)模神經(jīng)信號的多通道同步采集，保證了植入式腦計接口裝置的微小化和實用化。
文檔編號A61B5/0476GK102068251SQ20111002564
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月24日
發(fā)明者徐啟成, 李洪革, 趙巍 申請人:北京航空航天大學(xué)