Semi-Implantable Wireless Power Transfer (WPT) System Integrated With On-Chip Power Management Unit (PMU) for Neuromodulation Application
Semi-Implantable Wireless Power Transfer (WPT) System Integrated With On-Chip Power Management Unit (PMU) for Neuromodulation Application
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与片上电源管理单元 (PMU) 集成的半植入式无线功率传输 (WPT) 系统，用于神经调节应用
DOI：
10.1109/jerm.2023.3256705
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Mahbub, Ifana
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Biswas, Dipon K.;Saha, Nabanita;Kaul, Arnav;Mahbub, Ifana
神经调节系统的小型化对于非侵入性或亚侵入性光遗传学应用是重要的。这项工作提出了一种优化的无线功率传输（WPT）系统，该系统集成有片上整流电路和片外刺激电路，用于自由移动的啮齿动物的光遗传学刺激。拟议的WPT系统是建立在印刷电路板（PCB）和线绕接收器（RX）线圈，然后由一个七级倍压器和低压差稳压器（LDO）电路设计在180 nm标准互补金属氧化物半导体（CMOS）工艺使用并行发射器（TX）线圈。使用脉冲刺激来刺激神经元，其使用可商购的基于现成（COTS）组件的振荡器电路来生成。刺激的强度通过使用基于COTS的LED驱动电路来控制，该电路控制通过LED的电流。接收线圈的总尺寸为8 mm × 3.4 mm，最大功率传输效率（PTE）为35%，整流器的功率转换效率（PCE）为52%。所提出的系统具有可重构的刺激频率，适合于激励不同的大脑区域进行长期健康监测。
Miniaturization of the neuromodulation system is important for non-invasive or sub-invasive optogenetic application. This work presents an optimized wireless power transfer (WPT) system integrated with an on-chip rectification circuitry and an off-chip stimulation circuitry for optogenetic stimulation of freely moving rodents. The proposed WPT system is built using parallel transmitter (TX) coils on printed circuit board (PCB) and wire-wound based receiver (RX) coil followed by a seven-stage voltage doubler and a low dropout regulator (LDO) circuit designed in 180 nm standard Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) process. A pulse stimulation is used to stimulate the neurons which is generated using a commercially available off-the-shelf (COTS) components based oscillator circuit. The intensity of the stimulation is controlled by using a COTS based LED driver circuit which controls the current through theLED. The total dimension of the RX coil is 8 mm × 3.4 mm. The maximum power transfer efficiency (PTE) of the proposed WPT system is35% and the power conversion efficiency (PCE) of the rectifier is 52%. The proposed system with reconfigurable stimulation frequency is suitable for exciting different brain areas for long-term health monitoring.
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