一种脑部探针读出电路制造技术

本发明专利技术提供了一种脑部探针读出电路所述电路具有多个电极，所述每个电极包括相互连接的探杆和基部，所述每个电极具有第一电路，所述第一电路布置于所述探杆和基部上所述第一电路包括斩波器、积分器和模数转换单元；所述斩波器用于将动作电压与参考电压的电压差转换为集成电流，并将所述集成电流输入到积分器中；所述积分器用于对所述集成电流进行放大，得到第一放大信号；所述模数转换单元用于对第一放大信号进行量化，得到第一量化信号，并将所述第一量化信号进行输出。本发明专利技术所述读出电路的基部功能较少，因此，与传统电路相比，可以大大减小基部的面积。而且整个脑部探针的宽度大致相同，能够允许探针到达大脑中更深的神经元。

A Brain Probe Readout Circuit

The invention provides a brain probe readout circuit with a plurality of electrodes, each of which includes interconnected probes and bases, each of which has a first circuit. The first circuit is arranged on the probes and bases, and the first circuit includes a chopper, an integrator and an analog-to-digital conversion unit. The chopper is used to convert the action voltage and the reference voltage. The voltage difference is converted into an integrated current, and the integrated current is input into the integrator; the integrator is used to amplify the integrated current and obtain the first amplified signal; the analog-to-digital conversion unit is used to quantize the first amplified signal, obtain the first quantized signal, and output the first quantized signal. The base function of the readout circuit of the invention is less, and therefore, compared with the traditional circuit, the base area can be greatly reduced. And the whole brain probe is roughly the same width, allowing the probe to reach deeper neurons in the brain.

【技术实现步骤摘要】
一种脑部探针读出电路
本专利技术涉及脑部探测器
，特别是涉及一种脑部探针读出电路。
技术介绍
阿尔茨海默病、帕金森病、抑郁症、自闭症、中枢神经系统损伤等神经系统疾病严重影响人类健康。然而，目前科学界还没有找到病因，在治疗大多数神经系统疾病的同时也缺乏有效的诊断。神经元微电极阵列芯片为神经系统疾病的病因、准确诊断和治疗提供了一种新的方法。神经元微电极阵列芯片结合了集成电路、MEMS和神经医学等多个学科的技术。通过刺激特定区域的特定神经元产生的电信号被芯片检测并记录下来，形成大脑图像。通过这些脑图像，可以实现神经系统疾病的病理分析和神经元精确定点修复功能。根据相互作用方式，神经元微电极阵列芯片可分为培养型(分为单肼、多肼)、表面贴装型和体内型(细分为浅植、深植)。目前的研究主要集中于实现低噪声、高动态范围的脑深部探测电路，因为CMOS脑深部神经元探测是大脑精确分析的关键，是脑-机接口系统的重要组成部分。降低输入等效噪声是提高信噪比的关键。在传统电路中，主要采用高通滤波器结构，以降低低频噪声，提高整个读出电路的信噪比。单根深部脑探针由探杆和基部组成。在探杆上放置像素电极来检测神经电信号。从像素检测到的神经电信号被传输到基部上，然后进行数据处理。由于检测到的信号频率从300hz到7khz，所以设计的滤波器需要较大的电容和电阻。因此，这种滤波器通常需要在基部实现，而不是在大脑深部探测器的像素电路中实现。在基部的滤波器需要更大的面积，结果深脑探针所能达到的深度受探杆长度的限制。像素电路与基部区域之间的连接通道受深脑探针尺寸的限制，导致像素数量虽然很大，但是有效信号路径不足。如果没有足够的信号路径，就不可能在固定的帧中实现完整的读出。此外，随着阵列尺寸的增大，微电极与放大电路之间的寄生电阻增大，寄生电容和线间耦合电容也增大。这些增量严重降低了电路的噪声性能。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种脑部探针读出电路，所述电路具有多个电极，所述每个电极包括相互连接的探杆和基部，所述每个电极具有第一电路，所述第一电路布置于所述探杆和基部上；所述第一电路包括斩波器、积分器和模数转换单元；所述斩波器用于将动作电位与参考电压的差值转换为集成电流，并将所述集成电流输入到积分器中；所述积分器用于对所述集成电流进行放大，得到第一放大信号；所述模数转换单元用于对第一放大信号进行量化，得到第一量化信号，并将所述第一量化信号进行输出。进一步的，所述读出电路还包括非均匀性校准单元；所述非均匀性校准单元用于对局部场电压进行采样，得到多个采样电压，对所述多个采样电压进行存储，并利用非均匀性数据进行控制，随机输出多个采样电压中的一个，得到参考电压。进一步的，所述模数转换单元包括第一模数转换器和第二模数转换器；所述第一模数转换器用于对第一放大信号进行量化，得到第二量化信号；所述第二模数转换器用于对第二量化信号进行量化，得到第一量化信号。进一步的，所述读出电路还包括数字信号处理单元；所述数字处理单元用于对第一量化信号进行处理后输出。进一步的，所述非均匀性校准单元、斩波器、积分器和模数转换单元依次相连接。进一步的，所述斩波器、积分器、模数转换单元和数字处理单元依次相连接。进一步的，所述多个电极分别包括探杆和基部；所述探杆和基部具有相同的宽度。进一步的，所述非均匀性校准单元、斩波器、积分器和第一模数转换器布置于探杆上；所述第二模数转换器和数字信号处理单元布置于基部上。进一步的，所述读出电路将多个电极输出的多个第一量化信号通过总线输出到后续电路中。进一步的，所述多个电极包括第一芯片，所述第一电路集成于所述芯片上，所述第一芯片采用55nm1P6MCMOS工艺制造。在本专利技术实施例中，所述读出电路的基部功能较少，与传统电路相比，可以大大减小基部的面积。而且整个脑部探针的宽度大致相同，能够允许探针到达大脑中更深的神经元。附图说明图1示出了本专利技术实施例中提供的一种脑部探针读出电路的部分结构图；图2示出了本专利技术实施例中提供的另一种脑部探针读出电路的部分结构图；图3示出了本专利技术实施例中提供的斩波器电路的时序图和波形图；图4示出了本专利技术实施例中提供的一种脑部探针读出电路结构图；图5示出了本专利技术实施例中的一种脑部探针读出电路中的两相折叠积分的模拟结果。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术实施例提供了一种脑部探针读出电路，所述电路具有多个电极，每个电极具有第一电路；所述电路具有多个电极，所述每个电极包括相互连接的探杆和基部；所述每个电极具有第一电路，所述第一电路布置于所述探杆和基部上；参考图1，所述第一电路包括斩波器、积分器和模数转换单元；所述斩波器用于将动作电位与参考电压的差值转换为集成电流，并将所述集成电流输入到积分器中；所述积分器用于对所述集成电流进行放大，得到第一放大信号；所述模数转换单元用于对第一放大信号进行量化，得到第一量化信号，并将所述第一量化信号进行输出。本实施例中，所述脑部探针读出电路可以包括1024个电极，每个电极具有相同的结构，每个电极对用一个像素，本实施所述读出电路能够实现1024像素级的图像采集。本实施例中的读出电路中的模数转换单元采用两项折叠积分和分布式量化，改善了噪声性能和动态范围。在一个具体的实施例中，每个电极在其点上收集动作电位和局部场电位，所述局部场电位通过非均匀校准单元为每个电极生成特定的参考电压。将所述动作电位和参考电压输入到斩波器，所述动作电位和参考电压的差值通过斩波器转换为集成电流，将所述集成电流输入到积分器中进行放大，并进一通过数模转换器进行量化，得到第一量化信号。最后通过总线将所述第一量化信号进行依次输出。本专利技术还提供了一种脑部探针读出电路，所述电路具有多个电极，每个电极具有第一电路；所述电路具有多个电极，所述每个电极包括相互连接的探杆和基部；所述每个电极具有第一电路，所述第一电路布置于所述探杆和基部上；参考图2，所述第一电路包括斩波器、积分器、第一模数转换器、第二模数转换器和数字处理单元；所述斩波器用于将动作电位与参考电压的差值转换为集成电流，并将所述集成电流输入到积分器中；所述积分器用于对所述集成电流进行放大，得到第一放大信号；所述第一模数转换器用于对第一放大信号进行量化，得到第二量化信号；所述第二模数转换器用于对第二量化信号进行量化，得到第一量化信号；所述数字处理单元用于对第一量化信号进行处理后输出。本实施例中，所述斩波器、积分器、第一模数转换器、第二模数转换器和数字处理单元依次相连接。每个电极在其点上收集动作电位和局部场电位，所述局部场电位通过非均匀校准单元为每个电极生成特定的参考电压。将所述动作电位和参考电压输入到斩波器，所述动作电位和参考电压的差值通过斩波器转换为集成电流，将所述集成电流输入到积分器中进行放大，得到第一放大信号，将所述第一放大信号输出到第一模数转换器中，进行粗量化，得到第二量化信号，将所述第二量化信号输出到第二模数转换器中，进行细量化，得到第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脑部探针读出电路，其特征在于，所述电路具有多个电极，每个电极对应一个像素，所述每个电极包括相互连接的探杆和基部；所述每个电极上包括第一电路，所述第一电路布置于所述探杆和基部上；所述第一电路包括斩波器、积分器和模数转换单元；所述斩波器用于将动作电位与参考电压的差值转换为集成电流，并将所述集成电流输入到积分器中；所述积分器用于对所述集成电流进行放大，得到第一放大信号；所述模数转换单元用于对第一放大信号进行量化，得到第一量化信号，并将所述第一量化信号进行输出。

【技术特征摘要】
1.一种脑部探针读出电路，其特征在于，所述电路具有多个电极，每个电极对应一个像素，所述每个电极包括相互连接的探杆和基部；所述每个电极上包括第一电路，所述第一电路布置于所述探杆和基部上；所述第一电路包括斩波器、积分器和模数转换单元；所述斩波器用于将动作电位与参考电压的差值转换为集成电流，并将所述集成电流输入到积分器中；所述积分器用于对所述集成电流进行放大，得到第一放大信号；所述模数转换单元用于对第一放大信号进行量化，得到第一量化信号，并将所述第一量化信号进行输出。2.根据权利要求1所述的读出电路，其特征在于，所述读出电路还包括非均匀性校准单元；所述非均匀性校准单元用于对所述电极采集到的局部场电压进行采样，得到多个采样电压，对所述多个采样电压进行存储，并利用非均匀性数据进行控制，随机输出多个采样电压中的一个，得到参考电压。3.根据权利要求2所述的读出电路，其特征在于，所述模数转换单元包括第一模数转换器和第二模数转换器；所述第一模数转换器用于对第一放大信号进行量化，得到第二量化信号；所述第二模数转换器用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛育泽，鲁文高，朱雅珺，黄兆丰，张雅聪，陈中建，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：北京,11