一种植入式神经微刺激和采集遥控芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种植入式神经微刺激和采集遥控芯片。包括脑神经电刺激和采集模块、神经微刺激和采集电极阵列、上行无线射频通讯模块、下行无线射频通讯及能量耦合电源模块；整个遥控装置至于动物脑内；下行无线射频通讯及能量耦合电源模块获取外界传入的指令，解析后控制脑神经电刺激和采集模块，产生刺激信号并利用射频能量耦合原理负责整个植入式芯片遥控装置的能量供给；上行无线射频通讯模块将脑神经电刺激和采集模块传入的神经电信号无线传输出；本实用新型专利技术通过在动物脑内植入芯片，可以使得对动物的生理信号获取以及控制的系统更加小型化，减少外界装置对动物的影响，同时在未来可实用的领域增加隐蔽性和质量安全性。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

Implanted nerve micro stimulation and acquisition remote control chip

The utility model discloses an implanted nerve micro stimulation and acquisition remote control chip. Including the brain nerve stimulation and acquisition module, neural stimulation and acquisition micro electrode array, RF communication module, uplink downlink wireless radio frequency communication and energy coupling power module; the remote control device for the animal brain; downlink wireless radio frequency communication and energy coupling power module to acquire the incoming instruction, control of brain nerve stimulation and acquisition module analysis, energy supply and stimulating signal using RF energy coupling principle for the remote control device implanted chip; uplink wireless RF communication module of brain nerve stimulation and acquisition module of incoming signals of wireless transmission; the utility model by implanting in the animal brain chip, can make the physiological signals of animal acquisition and control system more compact, reduce the influence of external device on the animal, and can be realized in the future Use of the field to increase the concealment and quality safety.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种遥控芯片技术，具体来说是涉及一种植入式神经微刺 激和采集遥控芯片。
技术介绍
脑机交互技术(BCI)，研究的是如何通过非自然的方法沟通脑内信息和外 界环境。它为大脑和环境提供了双向传输通道，外界信息能从仿生传感器输入 到神经系统，神经信号也可以用于控制外部电子机械装置。该项技术可以修复、 改善甚至扩展神经系统原有功能，提供了一种崭新的信息交互模式。近年来，随着医学技术和材料科学的进步，植入式电极在脑机交互技术中 的研究得到了突破性的进展。1999年，Duke大学Nicolelis领导的研究小组在短 尾猴的大脑植入极细微的电极，使它们可以利用脑波控制机械手臂。加州理工 大学的Andersen教授领导的研究小组则于2004年在Science上发表文章，介绍 了实验动物在他们的训练下，可以用意识来移动屏幕中的光标，甚至在实验动 物计划如何运动的时候，就解读和预测出它的想法。2000年以后，植入式电极在脑机交互中的应用得到了突破性的进展。Duke 大学Nicolelis领导的研究小组在短尾猴的大脑植入极细微的电极，使它们可以利 用脑波控制机械手臂。这项重大突破有朝一日可望使脊椎损伤患者利用脑波使 用机械或各种工具，甚至让部分瘫痪者可再度移动肢体。加州理工大学的Richard Andersen教授领导的研究小组则于2004年在Science上发表文章，介绍了实验动 物在他们的训练下，可以用意识来移动屏幕中的光标，甚至是实验动物在计划 如何运动的时候，就可解读和预测出它的想法。在此领域，目前国内山东科大、西安交大和浙江大学等高等院校近年来都 开展了"动物行走运动控制"方面课题的研究，这些研究都取得了较好的成果。总体来说，从公开发表杂志上的文献来看，目前国内外在此研究领域的遥 控技术都是在经皮外置式装置的条件下进行的。至少目前国内还没有出现基于 植入式芯片遥控技术的"生物机器人"的成功报道，对于这种技术在特殊环境下的 推广应用研究的报道也鲜有所闻。从使用角度来看，经皮植入式的无线遥测系 统存在以下几个缺点l)装置在动物身上的背包给动物的行动带来一定的影响; 2)在感染、生物相容性等技术处理上带来一系列的问题；3)在执行秘密任务时不具备隐蔽性。从技术的应用推广来看，需要拓宽原有简单的行为训练和控 制，将生物体外的控制和动物生理系统的本能结合，使这种技术在实际的应用 中发挥真正的作用。
技术实现思路
本技术目的在于提供一种植入式神经微刺激和采集遥控芯片。 本技术采用的技术方案是包括脑神经电刺激和采集模块、神经微刺激和采集电极阵列、上行无线射 频通讯模块、下行无线射频通讯及能量耦合电源模块；脑神经电刺激和采集模 块与神经微剌激和采集电极阵列以引线键合方式直接连接；下行无线射频通讯 及能量耦合电源模块与脑神经电刺激和采集模块的数据通道以SPI方式连接， 能量通道以导线直接连接；上行无线射频通讯模块与脑神经电刺激和采集模块 以SPI方式连接。所述的下行无线射频通讯及能量耦合电源模块包括以集成电路方式设计的 下行天线、指令解调电路、时钟解调电路、能量耦合整流电路及微型可充电锂 离子电池。所述的指令解调电路、时钟解调电路以及能量耦合整流电路以并联 方式与下行天线直接连接；能量耦合整流电路与微型可充电锂离子电池直接连 接。所述的下行无线射频通讯及能量耦合电源模块通过指令解调电路与所述的 脑神经电刺激和采集模块以SPI方式连接；所述的下行无线射频通讯及能量耦 合电源模块通过时钟解调电路与所述的脑神经电刺激和采集模块直接连接；所 述的下行无线射频通讯及能量耦合电源模块通过能量耦合整流电路与所述的脑 神经电刺激和采集模块直接连接；所述的下行无线射频通讯及能量耦合电源模 块通过微型可充电锂离子电池与所述的脑神经电刺激和采集模块直接连接；所 述的下行无线射频通讯及能量耦合电源模块通过能量耦合整流电路与所述的上 行无线射频通讯模块直接连接；所述的下行无线射频通讯及能量耦合电源模块 通过微型可充电锂离子电池与所述的上行无线射频通讯模块直接连接；所述的上行无线射频通讯模块包括以集成电路方式设计的上行天线和信号 调制电路，并且所述的上行天线与所述的以集成电路方式设计的下行天线系不 同天线；所述的信号调制电路与上行天线以并联方式直接连接；所述的上行无 线射频通讯模块通过信号调制电路与所述的脑神经电刺激和采集模块以SPI方 式连接。所述的神经微刺激和采集电极阵列由硅基片和电极阵列构成；电极阵列由 8根线性排列的硅电极构成，电极之间的间隔为100微米，单个电极根部宽度为80微米，长度为3毫米；所述的脑神经电刺激和采集模块包括控制核、电压或电流驱动电路、电压 或电流模式选择电路、极性控制电路和通道选择电路；所述的控制核、电压或 电流驱动电路、电压或电流模式选择电路、极性控制电路和通道选择电路均以 集成电路方式设计成整体模块；并且所述的电压或电流模式选择电路、极性控 制电路和通道选择电路与控制核均以数据总线方式连接，其中，电压或电流驱 动电路通过模数转换器与控制核连接；所述的脑神经电剌激和采集模块通过控 制核接口与所述的上行无线射频通讯模块以SPI方式连接；所述的脑神经电刺 激和采集模块通过控制核电源接口及控制核电源接口与所述的下行无线射频通 讯及能量耦合电源模块直接连接；所述的脑神经电刺激和采集模块通过控制核 接口与所述的下行无线射频通讯及能量耦合电源模块以SPI方式连接；所述的 脑神经电刺激和采集模块通过所述的通道选择电路与电极阵列直接连接；所述 的脑神经电刺激和采集模块通过所述的模数转换电路与电极阵列直接连接。所述的脑神经电刺激和采集模块、除上行天线外的上行无线射频通讯模块、 下行无线射频通讯及能量耦合电源模块以集成电路形式制作并封装在所述的硅 基片的同一表面；所述的上行天线封装在所述的硅基片中与所述的脑神经电刺 激和采集模块、除上行天线外的上行无线射频通讯模块、下行无线射频通讯及 能量耦合电源模块所在表面相对的另 一表面。 本技术的有益效果是通过在动物脑中植入本芯片，利用动物自身的生物传感功能，获取动物的 感觉，控制动物的行为，使动物在人类无法进入的地区有目的得完成寻找目标、 定位等活动，大大降低在危险环境或战场中人类所面临的危险，在军事侦察、 边境缉毒、救灾等领域都有广泛的用途。附图说明图1是本技术芯片的安装原理图。其中，l.下行无线射频通讯及能量耦合电源模块，2.上行无线射频通讯模块， 3.脑神经电刺激和采集模i央，4.硅基片，5.微电极焊盘，6.微电极阵列，7.绑定引 线，8.上行天线。图2是本技术芯片的原理框图。图3是下行无线射频通讯及能量耦合电源模块框图。图4是能量耦合整流及稳压电路原理图。图5是下行无线射频通讯ASK解调电路原理图。图6是上行无线射频通讯模块框图。 图7是上行无线射频通讯模块FSK调制电路原理图。 图8是脑神经电刺激和采集模块的组成框图。 图9是电压或电流驱动电路原理图。 图IO是电压或电流模式选择及极性控制电路原理图。 图11是通道选择电路原理图。 图12是电荷重分配式数字模拟转换器电路原理图。 图13是AS模数转换器原理图。具体实施方式如图1所示， 一种植入式神经微本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种植入式神经微刺激和采集遥控芯片，其特征在于：包括脑神经电刺激和采集模块（３）、神经微刺激和采集电极阵列（６）、上行无线射频通讯模块（２）、下行无线射频通讯及能量耦合电源模块（１）；脑神经电刺激和采集模块（３）与神经微刺激和采集电极阵列（６）以引线键合方式直接连接；下行无线射频通讯及能量耦合电源模块（１）与脑神经电刺激和采集模块（３）的数据通道以ＳＰＩ方式连接，能量通道以导线直接连接；上行无线射频通讯模块（２）与脑神经电刺激和采集模块（３）以ＳＰＩ方式连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：叶学松，陈默，王鹏，王清波，刘俊，郑筱祥，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：实用新型
国别省市：86[]