CN111969346A - 一种可转换通道的脑电极接口及脑电极后端连接装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种可转换通道的脑电极接口及脑电极后端连接装置，该脑电极接口包括弹簧探针焊接区域和接口焊盘结构；弹簧探针焊接区域设有焊接孔阵列，焊接孔阵列的焊接孔内均焊接有弹簧探针；焊接孔阵列的焊接孔均与接口焊盘结构连接。该脑电极接口用于高通道柔性脑电极器件与后端处理电路的连接，该脑电极接口可以与目前市售的脑电信号处理后端电路适配，利用成熟的后端芯片大大降低脑电极系统的研发成本，且前端采用弹簧探针的设计在与前端高通道数脑电极互联时具备灵活的转换性，可以自由变换采集不同脑电极阵列块的脑电信号，能够达到灵活转换采集信号通道的目的，从而可以实现上千通道脑电信号的可转换128道脑电信号的同时记录读取。

Description

一种可转换通道的脑电极接口及脑电极后端连接装置
技术领域
本申请涉及脑电极技术领域，特别涉及一种可转换通道的脑电极接口及脑电极后端连接装置。
背景技术
大脑作为已知宇宙最复杂和高级的生物器官，产生了无数的奇思妙想，支配着生物的躯体进行各种复杂的活动，但是目前我们对于大脑工作的原理却知之甚少。大脑复杂的结构推动着脑科学的发展，研究人员不断开发新的工具和新的方法来解析大脑的活动，大脑的活动依赖于数以亿计的神经元，其复杂的生理活动构成了复杂的大脑回路，因此神经元活动的高密度采集成为精密解读脑科学必不可少的条件，为了满足这种需要，脑电极通道的数量从个位数发展到现在的千量级。
但是由于目前商用的可与脑电极器件直接匹配使用的后端采集电路设备一般通道数在百量级，难以直接应用于千量级的脑电信号的记录。目前脑电极器件首先焊接于印刷电路板上，然后通过匹配的接口连接于市售的处理电路板上，在信号处理电路板上完成初步的放大后，再通过线缆送入计算机，从而完成整个脑电信号的采集和处理的过程。但是目前脑电极信号通道数越来越多，市售的百通道量级的处理电路已经不足以满足高通道脑电信号的同时采集与处理，因此迫切地需要提出新的解决方案。
尽管后端信号的连出是一个非常棘手的问题，但是近年来也出现了通道数上千，乃至上万量级的脑电极器件及后端匹配的处理电路。例如，现有技术中有些方案采用彼此绝缘的微线束作为前端脑电信号采集的器件，连接方法是利用互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)芯片作为后端采集的器件。将CMOS器件的栅极作为微线的压焊连接点，CMOS芯片极高的集成度使得其与微线束之间微米级的间距的匹配成为可能，并且利用CMOS芯片实现信号连出的同时，可以进行信号的后端处理，如放大、滤波等，将前端信号的采集与后端信号处理通过CMOS芯片与微线束的压焊连接了起来。但是这种方法涉及到后端CMOS芯片的设计与加工，以及需要自制的对准压焊装置的问题，均需要耗费大量的人力与财力来解决，并且由于其仅可适用于微线束的前端脑电极器件，不具备普适性，因此也难以应用于其他大部分脑电极器件。
现有技术中还有一些方案采用柔性连接电缆，作为前端器件和后端印刷电路板的连接板，该方法较好的解决了印刷电路板无法达到前端器件压焊点的高密度连接的问题，且其较好的柔性为后续的动物实验提供了很大的便利。但是目前该种柔性连接线单根可以连出的通道数为256，想达到上千量级的脑电极通道数需要数个器件与数个柔性连接电缆及数个后端电路板组装，从而达到上千量级脑电信号的采集。但是这种方式集成度较低，较大的体积和重量会对动物实验有很大的影响。
发明内容
本申请要解决是现有技术中脑电极接口难以应用于高通道的脑电极器件的技术问题。
为解决上述技术问题，本申请实施例公开了一种可转换通道的脑电极接口，该脑电极接口可以与目前市售的脑电信号处理后端电路适配，利用成熟的后端芯片大大降低脑电极系统的研发成本，其前端采用弹簧探针以达到灵活转换采集信号通道的目的，从而可以实现上千通道脑电信号的可转换128道脑电信号的同时记录读取。
该脑电极接口包括弹簧探针焊接区域和接口焊盘结构；
所述弹簧探针焊接区域设有焊接孔阵列，所述焊接孔阵列的焊接孔内均焊接有弹簧探针；
所述焊接孔阵列的焊接孔均与所述接口焊盘结构连接。
进一步地，所述焊接孔阵列的焊接孔呈8行16列分布。
进一步地，所述接口焊盘结构包括多个焊盘；所述焊接孔阵列的焊接孔与所述接口焊盘结构的多个焊盘一一对应连接。
进一步地，还包括接地孔和接地焊盘，所述接地孔与所述接地焊盘连接。
进一步地，还包括柔性电路板；所述弹簧探针焊接区域和接口焊盘结构均设于所述柔性电路板上；
所述柔性电路板包括层叠设置的第一布线层、第二布线层、第三布线层和第四布线层；
所述第一布线层用于将第一组焊接孔与所述接口焊盘结构的焊盘一一对应连接；所述第一组焊接孔为所述焊接孔阵列中外侧第一圈的焊接孔的组合；
所述第二布线层用于将第二组焊接孔与所述接口焊盘结构的焊盘一一对应连接；所述第二组焊接孔为所述焊接孔阵列中外侧第二圈的焊接孔及外侧第三圈的焊接孔中的任意一个孔的组合；
所述第三布线层用于将第三组焊接孔与所述接口焊盘结构的焊盘一一对应连接；所述第三组焊接孔为所述焊接孔阵列中与第二导线层和第一导线层连接的焊接孔之外的剩余焊接孔中的下两排焊接孔的组合；
所述第四布线层用于将第四组焊接孔与所述接口焊盘结构的焊盘一一对应连接；所述第四组焊接孔为所述焊接孔阵列中与所述第一布线层、第二布线层和第三布线层连接的焊接孔之外的焊接孔的组合。
进一步地，所述第一组焊接孔均为设于第一布线层与所述第二层布线层之间的盲孔。
进一步地，所述第二组焊接孔均为设于为第一布线层与所述第二层布线层之间的盲孔。
进一步地，所述第三组焊接孔均为设于所述第一布线层与所述第四层布线层之间的通孔。
进一步地，所述第四组焊接孔均为设于所述第一布线层与所述第四层布线层之间的通孔。
本申请第二方面提供一种脑电极后端连接装置，包括所述可转换通道的脑电极接口。
采用上述技术方案，本申请具有如下有益效果：
本申请提供的可转换通道的脑电极接口用于高通道柔性脑电极器件与后端处理电路的连接，该脑电极接口可以与目前市售的脑电信号处理后端电路适配，利用成熟的后端芯片大大降低脑电极系统的研发成本，且前端采用弹簧探针的设计在与前端高通道数脑电极互联时具备灵活的转换性，可以自由变换采集不同脑电极阵列块的脑电信号，能够达到灵活转换采集信号通道的目的，从而可以实现上千通道脑电信号的可转换128道脑电信号的同时记录读取。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例一种可转换通道的脑电极接口的结构示意图；
图2为本申请实施例一种可转换通道的脑电极接口的第一布线层的结构示意图；
图3为本申请实施例一种可转换通道的脑电极接口的第二布线层的结构示意图；
图4为本申请实施例一种可转换通道的脑电极接口的第三布线层的结构示意图；
图5为本申请实施例一种可转换通道的脑电极接口的第四布线层的结构示意图。
以下对附图作补充说明：
1-焊接孔；2-焊盘；3-接地孔；4-接地焊盘；5-柔性电路板。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
请参见图1，图1为本申请实施例一种可转换通道的脑电极接口的结构示意图，该脑电极接口可以与目前市售的脑电信号处理后端电路适配，利用成熟的后端芯片大大降低脑电极系统的研发成本，其前端采用弹簧探针以达到灵活转换采集信号通道的目的，从而可以实现上千通道脑电信号的可转换128道脑电信号的同时记录读取。
该脑电极接口包括弹簧探针焊接区域和接口焊盘结构；
弹簧探针焊接区域设有焊接孔阵列，焊接孔阵列的焊接孔1内均焊接有弹簧探针；
焊接孔阵列的焊接孔1均与接口焊盘结构连接。
本申请实施例中，该柔性脑电极接口可以包括柔性电路板5，该柔性电路板5可以由聚酰亚胺制成；弹簧探针焊接区域和接口焊盘结构均设于该柔性电路板5上。
本申请实施例中，焊接孔阵列的焊接孔1呈8行16列分布。
本申请实施例中，焊接孔1之间的间距、焊接孔1的直径、弹簧探针的直径均可根据实际需求进行调整。
本申请实施例中，接口焊盘结构包括多个焊盘2；焊接孔阵列的焊接孔1与接口焊盘结构的多个焊盘2一一对应连接。本申请实施例中，该接口焊盘为预留的与后端Intan128通道处理电路适配的两个molex502430-6410插接件的焊盘2，其焊盘2之间的间距与处理电路上对应接口的距离保持一致，为8.8646mm。
本申请实施例中，还包括接地孔3和接地焊盘，该接地孔3为通孔，与接地焊盘4相连。本申请实施例中，该接地孔3的直径等尺寸可以根据实际需求进行适应性调整。
本申请实施例中，该脑电极接口还包括柔性电路板5；弹簧探针焊接区域和接口焊盘结构均设于柔性电路板上；
柔性电路板5包括层叠设置的第一布线层、第二布线层、第三布线层和第四布线层；本申请实施例中，该第一布线层为顶层布线层，第二布线层和第三布线层为中间层布线层，第四布线层为底层布线层。
图2为本申请实施例一种可转换通道的脑电极接口的第一布线层的示意图；如图2所示，第一布线层用于将第一组焊接孔1与接口焊盘结构的焊盘2一一对应连接；第一组焊接孔1为焊接孔阵列中外侧第一圈的焊接孔1的组合；其中，第一组焊接孔1均为设于第一布线层与第二层布线层之间的盲孔。据计算，第一组焊接孔1的个数为44个，第一布线层即顶层布线层将44个最外圈的焊接孔1与44个焊盘2相连。
图3为本申请实施例一种可转换通道的脑电极接口的第二布线层的示意图；如图3所示，第二布线层用于将第二组焊接孔1与接口焊盘结构的焊盘2一一对应连接；第二组焊接孔1为焊接孔阵列中外侧第二圈的焊接孔1及外侧第三圈的焊接孔1中的任意一个孔的组合；其中，第二组焊接孔1均为设于为第一布线层与第二层布线层之间的盲孔。外侧第二圈的所有孔及外侧第三圈的一个孔，共计37个焊接孔1；第二布线层将此37个焊接孔1与37个焊盘2相连。通过第一布线层与第二层布线层之间的盲孔完成布线层与焊盘2的电连接。
图4为本申请实施例一种可转换通道的脑电极接口的第三布线层的示意图；如图4所示，第三布线层用于将第三组焊接孔1与接口焊盘结构的焊盘2一一对应连接；第三组焊接孔1为焊接孔阵列中与第二导线层和第一导线层连接的焊接孔1之外的剩余焊接孔1中的下两排焊接孔1的组合；第三组焊接孔1均为设于第一布线层与第四层布线层之间的通孔。第三布线层将中间剩余孔位下两排的24个孔与24个焊盘2相连。通过第一布线层与第四布线层之间的通孔完成布线层与焊盘2的电连接。
图5为本申请实施例一种可转换通道的脑电极接口的第四布线层的示意图；如图5所示，第四布线层用于将第四组焊接孔1与接口焊盘结构的焊盘2一一对应连接；第四组焊接孔1为焊接孔阵列中与第一布线层、第二布线层和第三布线层连接的焊接孔1之外的焊接孔1的组合；第四组焊接孔1均为设于第一布线层与第四层布线层之间的通孔。第四布线层即底层布线将中间剩余孔位上两排23个孔与23个焊盘2相连；通过第一布线层与第四布线层之间的通孔完成布线层与焊盘2的电连接。
采用上述技术方案，本申请具有如下有益效果：
本申请提供的一种可转换通道的脑电极接口，该脑电极接口用于高通道柔性脑电极器件与后端处理电路的连接，该脑电极接口可以与目前市售的脑电信号处理后端电路适配，利用成熟的后端芯片大大降低脑电极系统的研发成本，且前端采用弹簧探针的设计在与前端高通道数脑电极互联时具备灵活的转换性，可以自由变换采集不同脑电极阵列块的脑电信号，能够达到灵活转换采集信号通道的目的，从而可以实现上千通道脑电信号的可转换128道脑电信号的同时记录读取。
本申请第二方面提供一种脑电极后端连接装置，包括可转换通道的脑电极接口。
下面根据上述实施方案详述一种实施例：
实施例1:
本申请实施例1提供的脑电极接口能够用于进行2160通道脑电信号的读取。
本申请提供的脑电极接口包括弹簧探针焊接区域和接口焊盘结构；
弹簧探针焊接区域设有焊接孔阵列，焊接孔阵列的焊接孔1内均焊接有弹簧探针；
焊接孔阵列的焊接孔1均与接口焊盘结构连接。
本申请实施例中，该柔性脑电极接口可以包括柔性电路板5，该柔性电路板5可以由聚酰亚胺制成；弹簧探针焊接区域和接口焊盘结构均设于该柔性电路板5上。
本申请实施例中，焊接孔阵列的焊接孔1呈8行16列分布。该焊接孔1之间的间距采用0.8mm，焊接孔1的直径选取0.32mm，该脑电极接口与Intan128通道后端处理芯片适配。通过间隔不同的弹簧探针的组合可以实现不同间距或间隔的脑电极通道信号的读取；举例如下：本申请实施例中，处于同一行的弹簧探针，相邻的两个弹簧探针之间的间距均为0.8mm，采用相邻的两个弹簧探针可以实现间距为0.8mm的脑电极通道信号的读取，也可以实现间距为0.4mm的脑电极间隔通道信号的读取等，采用第一个和第三个弹簧探针可以实现间距为1.6mm的脑电极信号阵列的信号读取，采用第一个和第四个弹簧探针可以实现间距为2.4mm的脑电极通道信号的读取等。
本申请实施例中，接口焊盘结构包括多个焊盘2；焊接孔阵列的焊接孔1与接口焊盘结构的多个焊盘2一一对应连接。本申请实施例中，该接口焊盘为预留的与后端Intan128通道处理电路适配的两个molex502430-6410插接件的焊盘2，其焊盘2之间的间距与处理电路上对应接口的距离保持一致，为8.8646mm。
本申请实施例中，还包括接地孔3，该接地孔3为通孔，与接地焊盘4相连。本申请实施例中，该接地孔3的直径选取1mm。
本申请实施例中，该脑电极接口还包括柔性电路板5；弹簧探针焊接区域和接口焊盘结构均设于柔性电路板5上；电路板的线宽和间距一般在0.11mm时，其工艺难度不高，且成功率较高，因此本申请实施例1也采用0.11mm的线宽及间距，且为了最小化整个柔性电路板的尺寸，本设计采用四层金属布线；即层叠设置的第一布线层、第二布线层、第三布线层和第四布线层；本申请实施例中，该第一布线层为顶层布线层，第二布线层和第三布线层为中间层布线层，第四布线层为底层布线层。
第一布线层用于将第一组焊接孔1与接口焊盘结构的焊盘2一一对应连接；第一组焊接孔1为焊接孔阵列中外侧第一圈的焊接孔1的组合；其中，第一组焊接孔1均为设于第一布线层与第二层布线层之间的盲孔。据计算，第一组焊接孔1的个数为44个，第一布线层即顶层布线层将44个最外圈的焊接孔1与44个焊盘2相连。
第二布线层用于将第二组焊接孔1与接口焊盘结构的焊盘2一一对应连接；第二组焊接孔1为焊接孔阵列中外侧第二圈的焊接孔1及外侧第三圈的焊接孔1中的任意一个孔的组合；其中，第二组焊接孔1均为设于为第一布线层与第二层布线层之间的盲孔。外侧第二圈的所有孔及外侧第三圈的一个孔，共计37个焊接孔1；第二布线层将此37个焊接孔1与37个焊盘2相连。通过第一布线层与第二层布线层之间的盲孔完成布线层与焊盘2的电连接。
第三布线层用于将第三组焊接孔1与接口焊盘结构的焊盘2一一对应连接；第三组焊接孔1为焊接孔阵列中与第二导线层和第一导线层连接的焊接孔1之外的剩余焊接孔1中的下两排焊接孔1的组合；第三组焊接孔1均为设于第一布线层与第四层布线层之间的通孔。第三布线层将中间剩余孔位下两排的24个孔与24个焊盘2相连。通过第一布线层与第四布线层之间的通孔完成布线层与焊盘2的电连接。
第四布线层用于将第四组焊接孔1与接口焊盘结构的焊盘2一一对应连接；第四组焊接孔1为焊接孔阵列中与第一布线层、第二布线层和第三布线层连接的焊接孔1之外的焊接孔1的组合；第四组焊接孔1均为设于第一布线层与第四层布线层之间的通孔。第四布线层即底层布线将中间剩余孔位上两排23个孔与23个焊盘2相连；通过第一布线层与第四布线层之间的通孔完成布线层与焊盘2的电连接。
本申请实施例1提供的2160通道柔性脑电极器件Pad间距为0.4mm，本申请脑电极接口的弹簧探针的间距为0.8mm，可以实现间隔通道脑电信号的连接。采用弹簧探针设计的脑电极接口可以在该2160通道的脑电极信号连接阵列上进行任意部位通道的选择连接，将信号连接至后端intan128通道处理电路板上，实现信号的采集与处理。
本申请第二方面提供一种脑电极后端连接装置，包括可转换通道的脑电极接口。
以上仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可转换通道的脑电极接口，其特征在于，包括弹簧探针焊接区域和接口焊盘结构；
所述弹簧探针焊接区域设有焊接孔阵列，所述焊接孔阵列的焊接孔(1)内均焊接有弹簧探针；
所述焊接孔阵列的焊接孔(1)均与所述接口焊盘结构连接。
2.根据权利要求1所述的可转换通道的脑电极接口，其特征在于，所述焊接孔阵列的焊接孔(1)呈8行16列分布。
3.根据权利要求2所述的可转换通道的脑电极接口，其特征在于，所述接口焊盘结构包括多个焊盘(2)；所述焊接孔阵列的焊接孔(1)与所述接口焊盘结构的多个焊盘(2)一一对应连接。
4.根据权利要求3所述的可转换通道的脑电极接口，其特征在于，还包括接地孔(3)和接地焊盘(4)，所述接地孔(3)与所述接地焊盘(4)连接。
5.根据权利要求4所述的可转换通道的脑电极接口，其特征在于，还包括柔性电路板(5)；所述弹簧探针焊接区域和接口焊盘结构均设于所述柔性电路板(5)上；
所述柔性电路板(5)包括层叠设置的第一布线层、第二布线层、第三布线层和第四布线层；
所述第一布线层用于将第一组焊接孔(1)与所述接口焊盘结构的焊盘(2)一一对应连接；所述第一组焊接孔(1)为所述焊接孔阵列中外侧第一圈的焊接孔(1)的组合；
所述第二布线层用于将第二组焊接孔(1)与所述接口焊盘结构的焊盘(2)一一对应连接；所述第二组焊接孔(1)为所述焊接孔阵列中外侧第二圈的焊接孔(1)及外侧第三圈的焊接孔(1)中的任意一个孔的组合；
所述第三布线层用于将第三组焊接孔(1)与所述接口焊盘结构的焊盘(2)一一对应连接；所述第三组焊接孔(1)为所述焊接孔阵列中与第二导线层和第一导线层连接的焊接孔(1)之外的剩余焊接孔(1)中的下两排焊接孔(1)的组合；
所述第四布线层用于将第四组焊接孔(1)与所述接口焊盘结构的焊盘(2)一一对应连接；所述第四组焊接孔(1)为所述焊接孔阵列中与所述第一布线层、第二布线层和第三布线层连接的焊接孔(1)之外的焊接孔(1)的组合。
6.根据权利要求5所述的可转换通道的脑电极接口，其特征在于，所述第一组焊接孔(1)均为设于第一布线层与所述第二层布线层之间的盲孔。
7.根据权利要求5所述的可转换通道的脑电极接口，其特征在于，所述第二组焊接孔(1)均为设于为第一布线层与所述第二层布线层之间的盲孔。
8.根据权利要求5所述的可转换通道的脑电极接口，其特征在于，所述第三组焊接孔(1)均为设于所述第一布线层与所述第四层布线层之间的通孔。
9.根据权利要求5所述的可转换通道的脑电极接口，其特征在于，所述第四组焊接孔(1)均为设于所述第一布线层与所述第四层布线层之间的通孔。
10.一种脑电极后端连接装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述可转换通道的脑电极接口。
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