面向癫痫监测的颅内高频振荡脑电信号高速无线采集微系统芯片关键技术研究

批准号:
61571196
项目类别:
面上项目
资助金额:
67.0 万元
负责人:
李斌
依托单位:
学科分类:
F0118.电路与系统
结题年份:
2019
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
吴朝晖、薛杉、张润、梁志明、王昆、涂玮、吴柏霖、池雅杰、刘洋
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中文摘要
癫痫是由于脑神经元异常放电所引起的一种慢性病,手术切除病灶是最有效的治疗方法。本课题针对癫痫术前病灶精确定位的需求,研究面向癫痫监测的颅内高频振荡神经脑电信号高速无线采集微系统的关键技术。通过建立传感电极和生物体组织接触电学特性模型,探索全集成具有休眠和快速启动技术的前置放大器设计方法;通过建立超宽带射频信号在生物组织中的信号衰减模型,研究低功耗、高频谱效率、低复杂度脉冲超宽带信号发射电路以及具有相位纠偏技术的超宽带非相关接收电路的设计方法。通过上述研究,提炼出脑电信号记录前端链路的低噪声、低功耗、宽频带设计理论以及透过人体组织的超宽带高速收发链路设计理论。拟实现植入微系统采集通道数256个,物理层传输速率不低于300Mbps,单通道模拟带宽不低于5kHz,系统功耗低于20mW,并对所设计的植入系统和关键模块进行在体动物实验验证。
英文摘要
Epilepsy is a chronic disease caused by abnormal discharging of cerebral neuron, excision lesions through surgery is the effective therapeutic method. Aiming at the requirements of epilepsy accurate positioning, this project intends to study the key techniques of high-speed wireless acquisition microsystem of intracranial high-frequency-oscillation eletroencepalograph (EEG) for epilepsy detection. Based on electrical characteristics modeling of the sensing electrodes and the contacted biological tissues, the design method of fully integrated preamplifier with dormant and quick start techniques will be explored. And the design method of low-power, high frequency spectrum efficiency, low-complexity impulse ultra-wide band (UWB) transmitter and UWB non-correlation receiver with phase correction technique will be studied based on the signal attenuation model of UWB signal transmitted in the biological tissues. With the above research, the design theory of low-noise, low-power and wideband for the EEG recording front-end chain as well as the design theory of UWB for high-speed transmitting and receiving chains penetrated the human tissues will be summarized. Finally, the implantable microsystem with 256 acquisition channels is intended to be realized, the physical layer transmission rate is higher than 300 Mbps, the bandwidth of each channel is greater than 5 kHz and the power consumption of system is lower than 20 mW. The microsystem and key modules presented in this project will be planted for animal experimental verification.
本课题研究面向癫痫监测的颅内高频振荡脑电信号高速无线采集微系统芯片的系统结构,探索脑电信号记录前端链路的低噪声、低功耗、宽频带设计理论以及透过人体组织的超宽带高速收发链路设计理论。.项目与合作单位珠江医院一起,通过设计激励,制备癫痫模型,使用癫痫病灶数据,对组织激励刺激的方式,建立癫痫异常放电信号源,建立了传感电极和生物体组织接触电学特性模型,为关键芯片设计提供依据。.在此基础上,项目开展了低功耗、低噪声、宽频带的神经信号记录前端链路模块研究,包括低功耗、低噪声神经信号斩波放大芯片技术,使用180nm标准CMOS工艺,设计实现了全差分全集成的低功耗、低噪声神经信号放大电路,该放大器的放大倍数设计为40dB,设计带宽为0.5Hz~5kHz,输入阻抗约300MΩ。采用1.2V电压供电,每通道放大器的功耗为780nW,通带内等效输入噪声为2.31μVrms/rtHz,噪声效率因子NEF 2.31。进一步,采用负阻抗补偿技术实现了高输入阻抗、低功耗、低噪声神经信号放大器电路,在1kHz以内的输入信号频率内输入阻抗基本维持28GΩ的水平。研究了SAR ADC的双电容阵列电荷共享结构低复杂度电容阵列DAC开关方案设计,设计了8-10位可调SAR ADC,仿真结果表明FOM(fJ/conv.-step)依次为32.08、18.40、10.57。.超宽带高速收发链路方面,设计了无线供能载波跟踪超宽带-二进制相移键控收发系统,其中,在颅内超宽带-二进制相移键控发射端实现了单片集成双极性单周期高斯脉冲产生单元、载波跟踪与恢复单元和无线电源接收与恢复单元,集成芯片测试可以实现400MHz频率、5cm距离上的无线能量接收,无线供能电路稳压输出10mW,传输符号速率100Mbps下总功耗8.1mW。项目还开展了新型的电源管理芯片的相关理论和芯片设计。.项目设计了脑电神经信号无线采集板级系统,并集合传感电极和生物体组织接触电学特性模型,同体外上位机进行联合调试。同时对脑电神经信号采集控制策略进行研究,基于微控制器的数字控制和数字处理电路提出了低功耗策略。.项目按计划完成了全部任务。已发表21篇SCI或EI期刊文章和会议文章,授权中国发明专利22件,申请发明专利17件,申请集成电路布图2件。
期刊论文列表
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专利列表
An Overview of Regulation Topologies in Resonant Wireless Power Transfer Systems for Consumer Electronics or Bio-Implants
消费电子或生物植入物谐振无线功率传输系统的调节拓扑概述
DOI:10.3390/en11071737
发表时间:2018
期刊:Energies
影响因子:3.2
作者:Liu Yang;Li Bin;Huang Mo;Chen Zhijian;Zhang Xiuyin
通讯作者:Zhang Xiuyin
DOI:--
发表时间:2018
期刊:华南理工大学学报(自然科学版)
影响因子:--
作者:吴海岗;李斌;吴朝晖;王昆;刘洋
通讯作者:刘洋
A 0.975 mu W 10-bit 100kS/s SAR ADC with an energy-efficient and area-efficient switching scheme
具有高能效和面积高效开关方案的 0.975 μW 10 位 100kS/s SAR ADC
DOI:10.1142/s0217984917400516
发表时间:2017
期刊:Modern Physics Letters B
影响因子:1.9
作者:Hu Yunfeng;Xiong Chao;Li Bin
通讯作者:Li Bin
DOI:--
发表时间:2018
期刊:华南理工大学学报(自然科学版)
影响因子:--
作者:李志坚;庄甘霖;吴朝晖;李斌;张秀来
通讯作者:张秀来
Low-power implantable CMOS bipolar Gaussian monocycle pulse generator
低功耗植入式 CMOS 双极高斯单周期脉冲发生器
DOI:10.1049/el.2016.3717
发表时间:2017-01
期刊:Electronics Letters
影响因子:1.1
作者:Wang Kun;Li Bin;Zhao Ming Jian;Wu Zhao Hui
通讯作者:Wu Zhao Hui
面向柔性智能传感微系统的TFT集成电路关键技术与设计理论研究
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:57万元
- 批准年份:2021
- 负责人:李斌
- 依托单位:
生物医学用植入式无线能量传输及射频集成电路的研究
- 批准号:60976026
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:35.0万元
- 批准年份:2009
- 负责人:李斌
- 依托单位:
国内基金
海外基金
