CN114403886A - 一种用于神经接口的信号采集电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于神经接口的信号采集电路，该信号采集电路包括输出单元，所述输出单元包括至少一个输出通道，所述输出通道包括第一开关，所述第一开关选择性导通，以使所述输出通道输出相应的神经信号。在本发明中，通过控制各个输出通道的选通开关的通断状态，对于输出的多组数据，做各组数据可选可切换输出，这样既可以实现数据数输出速率降低，同时降低了整体功耗。
Description
技术领域
本发明涉及大阵列神经接口电路领域，具体涉及一种用于神经接口的信号采集电路。
背景技术
对于传统电极个数较少的神经接口电路，由于电极个数少，电极单点采样速率不高，可以将所有点通过全部通道直接放大后采样并进行AD转换。对于大阵列神经接口电路，由于电极个数多，单电极的采样率要达到约20K Hz，当应用于几万点的电极阵列时，如果要同时输出全部电极点，数据量大会造成速率过高，数据输出功耗大且处理繁重。
发明内容
本发明涉及一种用于神经接口的信号采集电路，至少可解决现有技术的部分缺陷。
本发明的技术方案是这样实现的：提供一种用于神经接口的信号采集电路，包括：输出单元，所述输出单元包括至少一个输出通道，所述输出通道包括第一开关，所述第一开关选择性导通，以使所述输出通道输出相应的神经信号。
作为实施例之一，所述第一开关与控制单元连接，通过控制单元控制第一开关的闭合或断开。
作为实施例之一，所述采样电路包括数据转换单元，所述数据转换单元用于对所述神经信号进行并串转换。
作为实施例之一，所述采样电路包括至少一个采样单元，所述采样单元包括至少一个采样通道，所述采样通道与相应的所述输出通道相连。
作为实施例之一，所述信号采集电路还包括AD转换模块，所述AD转换模块的输入端与所述采样通道的输出端连接，所述AD转换模块的输出端与所述输出单元的输入端连接。
作为实施例之一，所述采样通道包括第二开关，所述第二开关选择性导通，以使所述采样通道获取相应的神经信号。
作为实施例之一，所述采样通道包括接触焊点、滤波器和放大器，所述滤波器、所述放大器和所述第二开关串联。
作为实施例之一，所述采样单元还包括运算放大器，所述采样通道的输出端与所述运算放大器的同向输入端连接。
作为实施例之一，所述采样单元还包括采样电容，所述采样电容的一端接地，另一端与所述运算放大器的同向输入端相连。
作为实施例之一，所述第二开关与控制单元连接，通过控制单元控制第二开关的闭合或断开。
本发明至少具有如下有益效果：本实施例提供一种用于神经接口的信号采集电路，包括：输出单元，所述输出单元包括至少一个输出通道，所述输出通道包括第一开关，所述第一开关选择性导通，以使所述输出通道输出相应的神经信号。输出通道被选择性导通，可以根据需要控制采样速度，避免采样速度过高，可以用于几千到几万个神经电极的大阵列。
由于本发明的信号采集电路包括至少一组输出单元，可以用于几千到几万个神经电极的大阵列，通过控制各个输出通道的选通开关的通断状态，对于输出的m组数据，做各组数据可选可切换输出，这样既可以实现数据数输出速率降低，同时降低了整体功耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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它的附图。
图1为本发明一种实施例提供的输出通道可选的神经接口的采样输出电路的示意图；
图2为本发明一种实施例提供的单组采样单元的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
实施例一：
为解决前述问题，本实施例提供了一种用于神经接口的信号采集电路，包括：输出单元，所述输出单元包括至少一个输出通道，所述输出通道包括第一开关，所述第一开关选择性导通，以使所述输出通道输出相应的神经信号。
其中，所述第一开关与控制单元连接，通过控制单元控制第一开关的闭合或断开。所述采样电路包括数据转换单元，所述数据转换单元用于对所述神经信号进行并串转换。
本实施例的信号采集电路还包括至少一个采样单元，所述采样单元包括至少一个采样通道，所述采样通道包括第二开关，所述第二开关选择性导通，以使所述采样通道获取相应的神经信号。其中，每一个采样通道设置有一个第二开关，当第二开关导通时，该采样通道的链路导通，可以获取到该采样通道所对应的电极触点所采集的神经信号；当第二开关断开时，该采样通道的链路也随之断开，无法获取到该采样通道所对应的电极触点所采集的神经信号。
具体地，所述采样通道包括接触焊点、滤波器和放大器，所述接触焊点与所述滤波器的输入端连接，所述滤波器的输出端与所述放大器的输入端连接，所述放大器的输出端与所述第二开关的输入端连接。所述接触焊点用于与电极上的电极触点连接。其中，电极被植入到神经细胞中，电极上的电极触点用于采集神经信号。
在本实施例中，所述采样单元还包括运算放大器，所述采样通道的输出端与所述运算放大器的同向输入端连接。所述采样单元还包括采样电容，所述采样电容的一端接地，另一端与所述运算放大器的同向输入端相连。
进一步地，所述运算放大器的输出端与AD转换单元连接。所述AD转换单元用于将模拟信号转换成数字信号。
在本实施例中，所述第二开关的控制端与控制单元连接，通过控制单元控制第二开关的闭合或断开。其中，控制单元可以设置在信号采集电路中，也可以设置在与所述信号采集电路连接的其他电路中。
在优选的实施例中，所述采样单元的数目为多个，多个所述采样单元层叠设置。具体地，采样单元设置在微针体上，多个微针体层叠设置，即，微针体作为承载载体，将多个所述采样单元层叠设置在一起，形成大阵列的神经接口电路，用于采集几千到几万个神经信号。
实施例二：
参见图1，本发明实施例公开了一种用于神经接口的信号采集电路，包括输出单元，所述输出单元至少一个输出通道，各个输出通道上串联有选通开关，多个输出通道的输入端与前端电路的多个输出端一一对应连接，多个输出通道的输出端与并串转换模块连接。
作为实施方式之一，输出通道上的选通开关与控制单元连接，通过控制单元控制选通开关的闭合或断开。
实施例三：
参见图1和图2，本发明实施例公开了一种用于神经接口的信号采集电路，包括至少一个采样单元和输出单元，所述输出单元包括至少一个输出通道，所述输出通道包括第一开关，所述第一开关选择性导通，以使所述输出通道输出相应的神经信号。所述采样单元包括至少一个采样通道，所述采样通道包括第二开关，所述第二开关选择性导通，以使所述采样通道获取相应的神经信号。
所述采样通道和所述输出通道一一对应连接，所述采样通道和所述输出通道之间还设置有AD转换模块。
本发明的用于神经接口的信号采集电路包括至少一个采样单元，针对几千到几万个神经电极的大阵列，本发明设置m个采样单元，每个连接n个电极，电极总数为m*n，每个电极上设置有至少一个电极触点，电极触点与采样通道的接触焊点单个一一对应，每个采样单元包括至少一个采样通道，各个采样通道上串联有开关，多个采样通道的输入端分别与多个电极一一对应连接，各个采样单元的采样通道的输出端与AD转换单元连接。
本发明的用于神经接口的信号采集电路可以只采用一个AD转换单元，各个采样单元的输出端分别与该AD转换单元的多输入通道连接，该AD转换单元输出m个数据。
进一步地，所述信号采集电路包括采样电容，所述采样通道的输出端与采样电容的一端连接，采样电容的另一端接地。
进一步地，所述信号采集电路还包括运算放大器，所述采样通道的输出端分别与采样电容的一端以及运算放大器的同相输入端连接；运算放大器的反相输入端与运算放大器的输出端连接；所述运算放大器的输出端与AD转换单元连接。本发明的信号采集电路不仅仅限于上述实施例，所有满足本发明采样要求的信号采集电路均可以用于本发明。
进一步地，所述开关与控制单元连接，通过控制单元控制开关的闭合或断开。本发明的开关可以采用多路选择开关MUX，当然，也可以是继电器等等。本发明的控制单元可以为MCU。
进一步地，各个采样通道上还串联有信号处理单元，每个采样通道的信号处理单元与开关串联。本实施例的信号处理单元位于开关前面。当然，也可以将信号处理单元放置到开关后面。
进一步地，所述信号处理单元包括滤波电路和放大电路，滤波电路与放大电路串联。本实施例的滤波电路位于放大电路前面。当然，也可以将滤波电路放置到放大电路后面。
假如设计神经电极单点采样频率为20K Hz，每个采样单元的n个电极采到神经信号后进行滤波并放大，每个采样通道的选通开关S1~Sn依次选通进行采样，采样频率为20KHz，采样得到的信号通过AD转换得到最后的数字数据，这就是一组采样单元的采样过程。
m组采样单元同时重复工作，可以得到全阵列电极的数字数据。通过数字处理将m组数据进行并串转换，可以输出全部电极的数字数据。
实施例四：
相比实施例二中每组采样单元的各个采样通道上均串联有信号处理单元的方案，本实施例的每组采样单元只设置一个信号处理单元，具体方案可以是：
每组采样单元还包括一个信号处理单元，该信号处理单元位于采样通道的输出端与采样电路之间，该信号处理单元与采样电路串联。本实施例的其他技术特征与实施例二相同。
实施例五：
本发明实施例还公开了一种采样方法，采用了如实施例二或实施例三所述的用于神经接口的信号采集电路，其中，采样单元为m组，每组采样单元的采样通道为n个，电极总数为m*n；
包括如下步骤：
m*n个电极采集神经信号；
控制每组采样单元的选通开关S1~Sn依次选通，通过采样电路进行采样，并将采样得到的信号通过AD转换得到最后的数字数据；
m组采样单元可分时工作或同时工作，输出m组数据；
通过控制各个输出通道的选通开关的通断状态，实现各组数据可选可切换输出，并通过并串转换模块将输出数据进行并串转换。
作为实施方式之一，采样电路进行采样前需要将各电极采集到的神经信号进行信号处理。
作为实施方式之一，采样电路进行采样前需要将各电极采集到的神经信号进行滤波、放大处理。
本发明针对几千到几万个神经电极的大阵列，可将电路分成m组，每组n个电极，电极总数=m*n，对于输出的m组数据，做各组数据可选可切换输出，这样既可以实现数据数输出速率降低，同时降低了整体功耗。本发明可用于但不仅限于包括脑神经，视觉神经和运动神经等领域。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于神经接口的信号采集电路，其特征在于，包括：输出单元，所述输出单元包括至少一个输出通道，所述输出通道包括第一开关，所述第一开关选择性导通，以使所述输出通道输出相应的神经信号。
2.如权利要求1所述的信号采集电路，其特征在于，所述第一开关与控制单元连接，通过控制单元控制第一开关的闭合或断开。
3.如权利要求1所述的信号采集电路，其特征在于，所述采样电路包括数据转换单元，所述数据转换单元用于对所述神经信号进行并串转换。
4.如权利要求1~3任一项所述的信号采集电路，其特征在于，所述采样电路包括至少一个采样单元，所述采样单元包括至少一个采样通道，所述采样通道与相应的所述输出通道相连。
5.如权利要求4所述的信号采集电路，其特征在于，所述信号采集电路还包括AD转换模块，所述AD转换模块的输入端与所述采样通道的输出端连接，所述AD转换模块的输出端与所述输出单元的输入端连接。
6.如权利要求3所述的信号采集电路，其特征在于，所述采样通道包括第二开关，所述第二开关选择性导通，以使所述采样通道获取相应的神经信号。
7.如权利要求6所述的信号采集电路，其特征在于，所述采样通道包括接触焊点、滤波器和放大器，所述滤波器、所述放大器和所述第二开关串联。
8.如权利要求3所述的信号采集电路，其特征在于，所述采样单元还包括运算放大器，所述采样通道的输出端与所述运算放大器的同向输入端连接。
9.如权利要求8所述的采样电路，其特征在于，所述采样单元还包括采样电容，所述采样电容的一端接地，另一端与所述运算放大器的同向输入端相连。
10.如权利要求6所述的信号采集电路，其特征在于，所述第二开关与控制单元连接，通过控制单元控制第二开关的闭合或断开。
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