一个CMOS BD-BCI:神经记录器与双步时间域量子计和多极刺激器与双模式电荷平衡

科学领域:

• 神经科学是一个神经科学.
• 生物医学工程 生物医学工程
• 电气工程 电气工程
• 计算机科学 计算机科学

背景情况:

• 双向脑电脑接口 (BD-BCI) 对于先进的神经假肢和研究至关重要.
• 现有系统在神经记录过程中经常面临信号保真和神经刺激过程中精度的挑战.
• 高动态范围 (HDR) 和高压 (HV) 功能对于有效的BD-BCI操作至关重要.

研究的目的:

• 介绍一款新型BD-BCI芯片组,采用高动态范围的两步时间域神经采集 (TTNA) 系统.
• 引入一种高压多极神经刺激系统,采用双模式基于时间的电荷平衡 (DTCB) 技术.
• 通过体外和体外评估来验证综合BD-BCI系统的性能.

主要方法:

• 开发一个具有四个独立记录模块的TTNA系统,能够感知微伏信号并耐受刺激器件.
• 实施一个HV多极刺激器,具有4个通道,14mA最大电流,20V合规,8位分辨率和通道间干扰取消.
• 集成双模式基于时间的电荷平衡 (DTCB) 技术,用于在刺激中精确的电荷传递.

主要成果:

• TTNA系统显示了2.3μV (0.1-250Hz) 的输入引用噪声和340mV的线性输入摆动.
• 记录系统实现了信号对噪声和扭曲比率 (SNDR) 为84.8dB,无伪动态范围 (SFDR) 为89.6dB,常态拒绝比率 (CMRR) 为105dB.
• 刺激系统实现了电荷平衡精度为2mV (间脉限 TCB) 和7.5mV (无物体 TCB).

结论:

• 开发的BD-BCI芯片组成功地集成了高性能神经记录和刺激功能.
• 该TTNA系统有效地捕获低级神经信号,同时拒绝大型文物.
• 带有DTCB的HV多极刺激器提供高精度的电荷传递,从而实现有效的双向神经接口.