无线神经信号检测芯片的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种无线神经信号检测芯片，包括：信号放大器，用于对输入的初始神经信号进行放大；带通滤波器，与信号放大器相连接，用于滤除初始神经信号中除神经信号之外的噪声；A/D采集模块；与带通滤波器相连接，用于对带通滤波器输出的神经信号进行取样和A/D转换；无线发送模块；与A/D采集模块相连接，用于将进行A/D转换后的神经信号通过无线的方式发送出去；以及电源模块，与的微弱信号放大器、带通滤波器、模拟信号多路复用器、A/D采集模块和无线发送模块相连接，用于为其提供能量。本发明中，将神经信号采集、放大、处理及无线发送集成在单个芯片上，同时采用无线发送模块传送神经信号，避免了对动物的活动范围进行限制。
【专利说明】无线神经信号检测芯片
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子行业信号检测【技术领域】，尤其涉及一种无线神经信号检测芯片。 【背景技术】
[0002]由于社会进步和科学技术的发展，人类疾病谱正在发生改变。早期严重威胁人类的传染性疾病、孕产期疾病的危害范围和程度有了明显下降，而包括神经性疾病在内的各种慢性病已经成为现代人类健康的主要威胁。动物体内神经信息的相互传递和整合通常是通过若干动作电位组成的放电序列来实现的，因而神经信号检测记录技术就成为神经科学研究领域中的重要研究手段之一。
[0003]图1为现有技术采用无线方式的神经信号检测装置的结构示意图。如图1所示，植入动物大脑的微电极阵列获取到神经信号，通过线缆将信号传输给动物附近的神经信号放大器，神经信号放大器再将信号经过神经信号采集处理器传输给PC机，神经信号放大器和神经信号采集处理器为一般型仪器，体积较大。这种情况下极大地限定了动物的活动范围， 阻碍了在自然理想条件下动物的原始行为，因而也就不能很好地反映神经信号是如何对动物各种行为进行反应和支配的。而且实验过程中，动物会经常咬传输线缆，甚至咬断，严重影响实验的顺利开展 。
【发明内容】
[0004](一 )要解决的技术问题
[0005]为解决上述的一个或多个问题，本发明提供了一种无线神经信号检测芯片，以能够更为方便地采集在自然理想条件下动物的原始行为的神经信号。
[0006]( 二 )技术方案
[0007]根据本发明的一个方面，提供了一种无线神经信号检测芯片，包括:信号放大器， 用于对输入的初始神经信号进行放大；带通滤波器，与信号放大器相连接，用于滤除初始神经信号中除神经信号之外的噪声；A/D采集模块；与带通滤波器相连接，用于对带通滤波器输出的神经信号进行取样和A/D转换；无线发送模块；与A/D采集模块相连接，用于将进行 A/D转换后的神经信号通过无线的方式发送出去；以及电源模块，与的微弱信号放大器、带通滤波器、模拟信号多路复用器、A/D采集模块和无线发送模块相连接，用于为其提供能量。
[0008](三)有益效果
[0009]从上述技术方案可以看出，本发明无线神经信号检测芯片具有以下有益效果:
[0010](I)本发明中，采用无线发送模块传送神经信号，避免了对动物的活动范围进行限制，能够更好的反映神经信号是如何对动物各种行为进行反应和支配，同时避免了动物咬断线缆；
[0011](2)本发明中，将神经信号采集、放大、处理及无线发送集成在单个芯片上，使动物能够自由活动，减少在动物神经信号采集过程中外部环境和人为因素的干扰，使实验中的动物对外界环境刺激的反应更加接近自然，进而获得较好的神经信号；[0012](3)本发明中，通过模拟信号多路复用器和A/D转换模块，实现了多路信号的同时采集和传输，大大降低了 A/D采集资源，减小了芯片尺寸，并从根本上降低了芯片的功耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为现有技术采用无线方式的神经信号检测装置的结构示意图；
[0014]图2为本发明实施例无线神经信号检测芯片的结构示意图；
[0015]图3为本发明实施例无线神经信号检测芯片中模拟信号多路复用器的结构示意图；
[0016]图4为本发明实施例无线神经信号检测芯片中SAR-ADC的结构示意图；
[0017]图5为本发明实施例无线神经信号检测芯片中无线发送模块的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0019]需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。且在附图中，以简化或是方便标示。再者，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属【技术领域】中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解， 参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。
[0020]为便于理解，首先对本发明所涉及的元件进行编`号:[0021]1-无线神经信号检测芯片；2-植入式神经微电极阵列；[0022]3-接收器；`[0023]100-高精度微弱信号放大器；200-带通滤波器；[0024]300-模拟信号多路复用器；400-A/D采集模块；[0025]500-无线发送模块；600-电源模块；[0026]310-控制器；320-多路开关；[0027]410-开关电容采样/保持电路;420-全差分动态比较器；[0028]430-数模转换器；440-逐次逼近逻辑控制电路。[0029]本发明公开一种无线神经信号检测芯片，该芯片通过固定装置戴在动物头上，通过无线方式检测记录神经信号，使动物在实验过程中能够自由活动。[0030]图2为本发明实施例无线神经信号检测芯片的结构示意图。如图2所示，该无线
神经信号检测芯片包括顺序连接的:信号放大器100、带通滤波器200、模拟信号多路复用器300、A/D采集模块400、无线发送模块500和电源模块600，其中，电源模块600与其他各个模块相连，为其提供电源能量。信号放大器100、带通滤波器200、模拟信号多路复用器 300、A/D采集模块400、无线发送模块500和电源模块600均集成于一块芯片上。其中，信号放大器，用于对输入的初始神经信号进行放大；带通滤波器，与信号放大器相连接，用于滤除初始神经信号中除神经信号之外的噪声；A/D采集模块；与带通滤波器相连接，用于对带通滤波器输出的神经信号进行取样和A/D转换；无线发送模块；与A/D采集模块相连接， 用于将进行A/D转换后的神经信号通过无线的方式发送出去；以及电源模块，与的微弱信号放大器、带通滤波器、模拟信号多路复用器、A/D采集模块和无线发送模块相连接，用于为其提供能量。
[0031]当采用本发明实施例无线神经信号检测芯片开展动物实验时，植入式神经微电极阵列2植入到动物的大脑内，无线神经信号检测芯片I通过电路连接方式同植入式微电极阵列2连接，戴在动物头上进行检测。由接收器3对无线发送模块发送的数据进行接收并解调。
[0032]本实施例中，将神经信号采集、放大、处理及无线发送集成在单个芯片上，使动物能够自由活动，同时采用无线发送模块传送神经信号，避免了对动物的活动范围进行限制， 能够更好的反映神经信号是如何对动物各种行为进行反应和支配，同时避免了动物咬断线缆。以下分别对本实施例的各个组成部分进行详细说明。
[0033]信号放大器100包括前置放大电路和二级放大电路，两级放大顺序连接。该信号放大器的输入噪声小于V ;频率为IkHz时的噪声密度小于:
[0034]
【权利要求】
1.一种无线神经信号检测芯片，包括:信号放大器，用于对输入的初始神经信号进行放大；带通滤波器，与所述信号放大器相连接，用于滤除所述初始神经信号中除神经信号之外的噪声；A/D采集模块；与所述带通滤波器相连接，用于对带通滤波器输出的神经信号进行取样和A/D转换；无线发送模块；与所述A/D采集模块相连接，用于将进行A/D转换后的神经信号通过无线的方式发送出去；以及电源模块，与所述的微弱信号放大器、带通滤波器、模拟信号多路复用器、A/D采集模块和无线发送模块相连接，用于为其提供能量。
2.根据权利要求1所述的无线神经信号检测芯片，当由神经微电极阵列输入的初始神经信号为K路时，还包括:模拟信号多路复用器，设置于带通滤波器和A/D采集模块之间；所述信号放大器包含K路的信号放大通道，该K路的信号放大通道分别用于对于K路初始神经信号中的一路初始神经信号进行放大；所述带通滤波器包含K路的带通滤波通道，该K路的带通滤波通道分别用于对于K路初始神经信号中的一路初始神经信号，滤除该初始神经信号中除神经信号之外的噪声；所述模拟信号多路复用器，用于将滤波后的K路神经信号分时地传送至所述A/D采集模块；所述A/D采集模块，用于分时地对模拟信号多路复用器输出的K路神经信号进行取样和A/D转换；所述无线发送模块，用于将进行A/D转换后的K路神经信号通过无线的方式发送出去。
3.根据权利要求2所述的无线神经信号检测芯片，其中，所述A/D采集模块包含N路的信号采集通道；所述模拟信号多路复用器包括:K路开关，该K路开关分为N组；对于该N组开关中的第i组开关，其包含M路开关；对于该M路开关中的任意一路开关，其一端连接至所述带通滤波器的一条带通滤波通道，其另一端连接至所述A/D采集模块中的N路信号采集通道中的第i条信号采集通道，其中，i =1,2,……，N;控制器，用于控制在同一时刻，控制所述N组开关中每组开关中的一路开关处于闭合状态；在一个周期内，控制该每组开关中每一路开关闭合一次。
4.根据权利要求3所述的无线神经信号检测芯片，其中，所述N组开关中的每组开关中均包含M路开关；所述控制器的控制频率至少为所述A/D采集模块采集频率的M倍。
5.根据权利要求4所述的无线神经信号检测芯片，其中，所述A/D采集模块采集频率的频率为10kHz，所述控制器控制K路开关通断的频率为80kHz。
6.根据权利要求3所述的无线神经信号检测芯片，所述N= 8，K= 16、32或64。
7.根据权利要求3所述的无线神经信号检测芯片，所述A/D采集模块为全差分逐次逼近型-模数转换器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的无线神经信号检测芯片，所述信号放大器满足以下参数:频率为IkHz时的噪声密度小于 9uV/Jhz,信号增益不小于60dB，共模抑制比不小于90dB。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的无线神经信号检测芯片，所述带通滤波器的通频带为IHz至5kHz。
10.根据权利要求1至7中任一`项所述的无线神经信号检测芯片，通过固定装置佩戴于动物的头部；所述信号放大器同植入式微电极阵列相连。
【文档编号】G08C17/02GK103505198SQ201210221951
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年6月28日 优先权日:2012年6月28日
【发明者】王蜜霞, 蔡新霞, 徐声伟, 林楠森 申请人:中国科学院电子学研究所