CN115444426A - 片上电极集成的无线肌电SoC系统、芯片及采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了片上电极集成的无线肌电SoC系统、芯片及采集装置，包括：输入电极：用于传输采集到的肌电信号；差分放大器：用于对所述肌电信号进行放大处理，得到放大肌电模拟信号；信号处理模块：用于对所述放大肌电模拟信号进行转换，得到已编码串行肌电数字信号；射频传输模块：用于将所述已编码串行肌电数字信号向外发射，以及将通过无线能量传输技术接收外界传输的能量输入电源模块；电源模块：用于为无线肌电SoC系统供电；时钟模块：用于将所述时钟频率供给无线肌电SoC系统。本发明减小信号传输的误差和芯片封装面积，实现芯片输入电极端与芯片端距离最小化，降低引线键合导致的信号传输误差，保证信号完整性，同时减小芯片封装面积。

Description

片上电极集成的无线肌电SoC系统、芯片及采集装置
技术领域
本发明涉及一种集成电路设计技术领域，尤其涉及一种片上电极集成的无线肌电SoC系统、芯片及采集装置。
背景技术
随着集成电路技术的飞速发展以及电路与神经科学融合研究的持续探索，肌电信号采集朝着微型化、轻量化、可持续采集的方向不断前进。针对多种神经类疾病的治疗手段也逐渐丰富，但针对外周神经疼痛类疾病的治疗目前主要采用药物治疗与推拿按摩相结合的方法，基于神经调控机制的疼痛治疗在当下鲜有成果。神经疼痛类疾病作为一种广泛且亟待解决的基础类疾病，针对这类疾病开展植入式无线肌电信号检测的探究可以加深对该类疾病的发生与发展规律的认识，同时发展医学新理论，开拓研究新领域，攻克技术新难关，提高医疗技术与质量，满足人民对医疗技术日益增长的需求。
外周神经系统包括 43 对控制感觉、运动和运动协调的神经。 如果受损，这些神经会导致难以忍受的、使人虚弱的疼痛（Arizona Pain. [Online]. Available: https://arizonapain.com/pain-center/pain-treatments/peripheral-nerve-stimulation）。治疗由面部、颈部和头部神经损伤引起的慢性神经性疼痛极具挑战性，外周神经刺激（Peripheral nerve stimulation）是一种可以针对这类慢性疼痛疾病提供帮助的治疗方法。医生会沿着受损的外周神经的路线放置电极以控制疼痛，电极产生低电压电流，阻止大脑感知先前感知到的疼痛，而刺激器的强度可以改变，系统可以根据需要完全打开和关闭，这为每位患者提供了最佳的疼痛缓解水平。对于许多患有慢性外周神经疼痛的患者，当保守的疼痛措施没有帮助时，外周神经刺激可以缓解疼痛。外周神经刺激发明于1960年代中期，从2012年开始，许多刺激外周神经或提供外周神经场刺激的治疗设备在全球多个地区获得监管批准，用于治疗神经性疼痛。在某些地区外周神经刺激用于治疗偏头痛（DodickDW, Silberstein SD, Reed KL, et al. Safety and efficacy of peripheral nervestimulation of the occipital nerves for the management of chronic migraine:Long-term results from a randomized, multicenter, double-blinded, controlledstudy. Cephalalgia 2015;35(4):344–58）, 和膀胱过度活动症（Bolton JF, HarrisonSC. Neuromodulation 10 years on: how widely should we use this technique inbladder dysfunction Curr Opin Urol. Jul 2009;19(4):375-379）、（Peters KM,Carrico DJ, Macdiarmid SA, et al. Sustained therapeutic effects ofpercutaneous tibial nerve stimulation: 24-month results of the STEP study.Neurourol Urodyn. Jun 5 2012） 等疾病。还有一些外周神经刺激设备用于针对迷走神经刺激（Johnson, Rhaya L., and Christopher G. Wilson. "A review of vagus nervestimulation as a therapeutic intervention." Journal of inflammation research11 (2018): 203）（广泛用于治疗癫痫和抑郁症）、膈神经刺激（Hirschfeld, S., et al. "Mechanical ventilation or phrenic nerve stimulation for treatment of spinalcord injury-induced respiratory insufficiency." Spinal Cord 46.11 (2008):738-742）（用于由于膈肌控制障碍导致的呼吸功能不全）和骶神经刺激（Leroi, Anne-Marie, et al. "Effect of sacral nerve stimulation in patients with fecal andurinary incontinence." Diseases of the colon & rectum 44.6 (2001): 779-789）（批准用于治疗尿失禁并用于各种膀胱疾病）。
开环神经调节系统是当前在神经刺激领域里的主流治疗方式，开环神经调节系统是不管疾病症状如何，刺激模式在时间上都是连续恒定的（例如振幅和频率固定的脉冲序列）。系统的刺激参数只能在就诊时由医生调整。而闭环神经调节系统可以从记录的神经活动中推断出病症的水平并随时调整刺激模式。闭环神经调节系统对癫痫和帕金森症等神经系统疾病的治疗具有良好的效果。以癫痫治疗为例，闭环调节系统可以实时监测患者脑电活动情况，并自动识别癫痫等疾病的特征性脑电，在疾病发作前或刚一发生即‘报警’，同时自动激活脉冲发生器给予精准电刺激，从而对癫痫异常脑电产生抑制效果。而闭环神经刺激与迷走神经刺激术、脑深部电刺激术等其他神经调控治疗技术相比，具有按需精准刺激、闭环调控与自动预警等优势。
尽管闭环神经调节系统在针对神经系统疾病治疗方面有着不错的功效，但目前开发闭环神经调节系统在获取反馈信号和控制调节刺激方面还有不少挑战。在闭环神经调节系统里控制器设计方面，用于癫痫和帕金森症的闭环系统目前采用的是简单的开关控制或比例控制方式。而且控制器的参数（例如开-关控制中的阈值，比例控制中的增益，刺激频率和幅度水平等）设置相当主观。要进一步优化功效和效率，就需要实现参数的自动调整。此时，理解刺激如何改变与疾病症状有因果关系的神经活动就非常关键了。另外，在闭环神经调节系统里，采集/刺激电极需要通过手术的方式植入人体内，电极植入手术的风险以及术后的痊愈问题成为此类新兴疗法的技术挑战。
虽然神经信号采集技术在生理监测方面发挥着重要作用，但由于神经信号幅值微弱(几十μV到几个mV)、频率低(0.5 Hz到数kHz)，与前端放大器的1/f噪声和直流偏置等动态偏置重叠，肌电信号的采集工作面临多重技术挑战。为了保持最佳的信号质量，神经信号采集模块的部分关键参数需要优化，例如噪声（P. K. Chan, K. A. Ng, and X. L.Zhang, "A CMOS chopper-stabilized differential difference amplifier forbiomedical integrated circuits." The 2004 47th Midwest Symposium on Circuitsand Systems (MWSCAS’04), vol. 3, pp. iii-33. Jul. 2004）、共模抑制比(CMRR)（J.Xu, et al., "A wearable 8-channel active-electrode EEG/ETI acquisition systemfor body area networks." IEEE J. Solid-State Circuits, vol. 49, no. 9, pp.2005-2016, Sep. 2014）、（T. Tang, W. L. Goh, L. Yao, and Y. Gao, “A 16-ChannelTDM analog front-end with enhanced system CMRR for wearable dry EEGrecording,” Proc. IEEE Asian Solid-State Circ. Conf. (A-SSCC), pp. 33-36,Nov. 2017）、（T. Tang, W. L. Goh, L. Yao, J. H. Cheong, and Y. Gao, “AnIntegrated Multi-Channel Biopotential Recording Analog Front-End IC withArea-Efficient Driven-Right-Leg Circuit,” IEEE Trans. Biomed. Circ. andSystems (Early Access), pp. 1-8, Dec. 2019）电源抑制比(PSRR)（S. Lee, et al., "A 110dB-CMRR 100dB-PSRR multi-channel neural-recording amplifier system usingdifferentially regulated rejection ratio enhancement in 0.18 μm CMOS." ISSCCDig. Tech. Papers, pp. 472-474, Feb. 2018）、增益匹配（R. Wu, J. H. Huijsing,and K. A. A. Makinwa, “A current-feedback instrumentation amplifier with again error reduction loop and 0.06% untrimmed gain error,” ISSCC Dig. Tech.Papers, pp. 244-246, Feb. 2011）、（F. Michel and M. Steyaert, “On-Chip GainReconfigurable 1.2V 24μW Chopping Instrumentation Amplifier with AutomaticResistor Matching in 0.13μm CMOS,” ISSCC Dig. Tech. Papers, pp. 372-373, Feb.2012）运动伪影消除（N. V. Helleputte, et al., “A 160μA biopotential acquisitionASIC with fully integrated IA and motion-artifact suppression.” ISSCC Dig.Tech. Papers, pp. 118-119, Feb. 2012）等。其中共模抑制比是衡量系统应对环境中共模干扰（如50Hz电源干扰）的关键参数。针对微弱神经信号采集，高共模抑制比可以保证信号不被共模扰动掩盖，从而提高信号质量。然而，随着通道数量的增加，系统级共模抑制比由于电极部分的不平衡负载效应而大幅降低。此外，在多通道神经信号采集过程（M.Ballini, et al., "A 1024-channel CMOS microelectrode array with 26,400electrodes for recording and stimulation of electrogenic cells in vitro."IEEE J. Solid-State Circuits (JSSC). vol. 49, no. 11. pp. 2705-2719, Nov.2014）中，电极作为一种用来与采集前端芯片相适配的植入式设备，广泛用于神经刺激、脑机接口等应用场景。但由于电极在植入后产生的一系列生物相容性问题，导致电极阻抗随着植入时间而大幅提升，通常植入电极的阻抗在数个月后可高达100kΩ至数MΩ，神经信号经植入式电极采集到放大器输入端时，由于较大的电极阻抗，导致采集到的神经信号会有一定程度的衰减，以致系统信噪比降低。因此，前端采集系统中的放大器输入阻抗是衡量采集信号质量的关键参数，输入阻抗的大小直接影响采集到的神经信号强度，从而间接影响神经信号分析的准确性（K. A. Ng and Y. P. Xu, "A compact, low input capacitanceneural recording amplifier with Cin/Gain of 20fF.V/V," 2012 IEEE BiomedicalCircuits and Systems Conference (BioCAS), Hsinchu, 2012, pp. 328-331）。
为了在使用植入电极的采集环境中获得高质量神经信号，系统中的放大器模块需要具有较大且稳定的输入阻抗。斩波技术在交流耦合仪表放大器中实现了良好的噪声和功耗的平衡，但输入对的斩波开关将输入阻抗(ZIN)降低到MΩ范围以下(接近于植入式电极的阻抗)，这降低了信号质量，不适用于植入式电极采集的神经信号监测等应用。 正反馈回路（M. A. Bin Altaf, C. Zhang and J. Yoo, "A 16-channel patient-specificseizure onset and termination detection SoC with impedance-adaptivetranscranial electrical stimulator," in IEEE Journal of Solid-State Circuits,vol. 50, no. 11, pp. 2728-2740, Nov. 2015）的输入阻抗提升缓解了这一问题，但它需要精确的电容匹配来获得大范围内的高阻抗，并且可能存在稳定性问题。采用电容组对输入阻抗升压回路的电容进行校准的技术（Tao Tang, Wang Ling Goh, Lei Yao and YuanGao, “A TDM-Based 16-Channel AFE ASIC with Enhanced System-Level CMRR forWearable EEG Recording with Dry Electrodes”, IEEE Trans. Biomed. Circ. andSystems (TBioCAS), vol. 14, no. 3, pp. 516-524, Mar. 2020）可以降低制程误差对输入阻抗的影响，但离散电容的取值限制了微调的分辨率和效率，也受到面积的严格限制。辅助斩波路径（H. Chandrakumar and D. Markovic, "An 80-mVpp linear-input range,1.6-GΩ input impedance, low-power chopper amplifier for closed-loop neuralrecording that is tolerant to 650-mVpp common-mode interference," in IEEEJournal of Solid-State Circuits, vol. 52, no. 11, pp. 2811-2828, Nov. 2017）被用来对输入电容进行预充电，但是额外的时钟切换需要更多的控制信号，辅助路径上的缓冲器则引入更高的噪声。T型反馈电容器（K. A. Ng and Y. P. Xu, "A compact, lowinput capacitance neural recording amplifier with Cin/Gain of 20fF.V/V," 2012IEEE Biomedical Circuits and Systems Conference (BioCAS), Hsinchu, 2012, pp.328-331）可用来减少反馈电容大小，从而实现阻抗提升，然而由于器件寄生电容的影响，反馈电容不能无限期地缩小。而通过调整电路耦合方式的技术（N. Verma, et al., "Amicro-power EEG acquisition SoC with integrated feature extraction processorfor a chronic seizure detection system," in IEEE Journal of Solid-StateCircuits, vol. 45, no. 4, pp. 804-816, April, 2010）试图切换斩波器和输入电容的位置来规避因斩波调制导致的输入阻抗降低，但由于片外电容的误差较大，共模抑制比显著降低。
针对外周神经疼痛的闭环调控与治疗，通过对于肌电信号的采集与实时检测是一种行之有效的重要步骤。对于神经信号的获取方式有很多种，其中肌电信号是伴随肌肉收缩动作产生的一种生物电信号，实时性较好，可以准确反映疼痛时的肌电变化情况，因此可被用于作为闭环调节的重要参考。目前肌电信号的采集方法主要有两种，一种是通过针电极插入肌肉获取，优点是干扰小、易辨识，但导线传输距离大，导致了较大的噪声干扰；另一种是通过电极片获取人体皮肤表面的肌电信号，操作简单、对人体没有伤害，但是采集信号易受到电极片老化、临近肌肉电信号干扰、环境噪声等影响。因此，需要设计一种可以埋置皮下的信号采集装置，减小外界干扰、降低信号噪声、并适用于长期肌电信号采集。
与此同时，在设计埋置皮下的信号采集装置时，装置的面积是重要的考量指标。现阶段，引线键合技术仍是封装中的主要互联技术之一，一般利用金属引线连接芯片中的焊盘和PCB中的焊盘，有如下几个缺点：金属引线较长，直径更小，因此芯片封装面积大、传输电信号耗时长；并且由于金属引线的高阻抗，信号容易失真。
为此，我们提供了一种片上电极集成的无线肌电SoC系统、芯片及采集装置以此解决上述技术问题。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种片上电极集成的无线肌电SoC系统、芯片及采集装置。
本发明采用的技术方案如下：
一种片上电极集成的无线肌电SoC系统，包括：
输入电极：用于传输采集到的肌电信号，并将所述肌电信号传输至差分放大器；
差分放大器：用于对所述肌电信号进行放大处理，得到放大肌电模拟信号，并将所述放大肌电模拟信号传输至信号处理模块；
信号处理模块：用于对所述放大肌电模拟信号进行转换，得到已编码串行肌电数字信号，并将所述已编码串行肌电数字信号传输至射频传输模块；
射频传输模块：用于将所述已编码串行肌电数字信号向外发射，以及将通过无线能量传输技术接收外界传输的能量输入电源模块；
电源模块：用于对接收外界传输的能量转换为直流电，为无线肌电SoC系统供电；
时钟模块：用于通过降频得到时钟频率，并将所述时钟频率供给无线肌电SoC系统。
进一步地，所述输入电极包括差分正向输入电极和差分反向输入电极。
进一步地，所述信号处理模块具体包括：
模数转换器：用于将所述放大肌电模拟信号转换为并行肌电数字信号，并将所述并行肌电数字信号传输至并串行信号转换器；
并串行信号转换器：用于将所述并行肌电数字信号转换为串行肌电数字信号，并将所述串行肌电数字信号传输至编码器；
编码器：用于对所述串行肌电数字信号进行编码，得到已编码串行肌电数字信号。
进一步地，所述射频传输模块具体包括：
射频前端模块：用于将已编码串行肌电数字信号传输至双工线圈；
双工线圈：用于将已编码串行肌电数字信号向外发射，以及接收通过无线能量传输技术接收外界传输的能量。
进一步地，所述电源模块具体为利用无线能量传输技术，将双工线圈接收外界传输的能量转换为直流电，用于为无线肌电SoC系统供电。
本发明还提供一种片上电极集成的无线肌电SoC芯片，其特征在于，包括采集电路层和顶层金属层，所述输入电极的版图、上述任一项所述的一种片上电极集成的无线肌电SoC系统中的双工线圈的版图和接地端的版图位于所述顶层金属层。
进一步地，所述接地端的版图围绕所述输入电极的四周，用于屏蔽所述双工线圈对所述输入电极的影响。
本发明还提供一种基于上述所述的片上电极集成的无线肌电SoC芯片的肌电信号采集装置，包括腕带、肌电信号采集探针和无线肌电SoC芯片，所述腕带上安装有双工射频模块，所述肌电信号采集探针埋置于皮下，所述肌电信号采集探针中封装所述无线肌电SoC芯片。
进一步地，所述肌电信号采集探针的外壳涂覆有生物相容性材料，所述肌电信号采集探针的两端固定有肌电信号感应电极，所述肌电信号采集探针埋置于皮下并通过所述肌电信号感应电极与所述无线肌电SoC芯片的输入电极连接采集不同位置的肌电信号。
进一步地，所述双工射频模块用于接收所述肌电信号采集探针向外发射的肌电信号，以及利用无线能量传输技术为所述肌电信号采集探针提供能量。
本发明的有益效果是：本发明无线肌电SoC芯片的片上电极集成技术跳过芯片封装中的引线键合过程，将输入电极至于顶层金属层，减小了信号传输的误差和芯片封装面积，实现了芯片输入电极端与芯片端距离最小化，降低了引线键合导致的信号传输误差，保证了信号完整性，同时减小了芯片封装面积。实现了一种具有小体积和高生物相容性的肌电信号采集装置，此装置适合埋置皮下，准确实时地获取外骨骼穿戴者运动意图。
附图说明
图1为本发明一种片上电极集成的无线肌电SoC系统的整体示意图；
图2为本发明一种片上电极集成的无线肌电SoC芯片的版图示意图；
图3为本发明一种片上电极集成的无线肌电SoC肌电信号采集装置的整体示意图。
具体实施方式
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，一种片上电极集成的无线肌电SoC系统，包括：
输入电极：用于传输采集到的肌电信号，并将所述肌电信号传输至差分放大器；
所述输入电极包括差分正向输入电极和差分反向输入电极。
差分放大器：用于对所述肌电信号进行放大处理，得到放大肌电模拟信号，并将所述放大肌电模拟信号传输至信号处理模块；
信号处理模块：用于对所述放大肌电模拟信号进行转换，得到已编码串行肌电数字信号，并将所述已编码串行肌电数字信号传输至射频传输模块；
所述信号处理模块具体包括：
模数转换器：用于将所述放大肌电模拟信号转换为并行肌电数字信号，并将所述并行肌电数字信号传输至并串行信号转换器；
并串行信号转换器：用于将所述并行肌电数字信号转换为串行肌电数字信号，并将所述串行肌电数字信号传输至编码器；
编码器：用于对所述串行肌电数字信号进行编码，得到已编码串行肌电数字信号。
射频传输模块：用于将所述已编码串行肌电数字信号向外发射，以及将通过无线能量传输技术接收外界传输的能量输入电源模块；
所述射频传输模块具体包括：
射频前端模块：用于将已编码串行肌电数字信号传输至双工线圈；
双工线圈：用于将已编码串行肌电数字信号向外发射，以及接收通过无线能量传输技术接收外界传输的能量。
电源模块：用于对接收外界传输的能量转换为直流电，为无线肌电SoC系统供电；
所述电源模块具体为利用无线能量传输技术，将双工线圈接收外界传输的能量转换为直流电，用于为无线肌电SoC系统供电。
时钟模块：用于通过降频得到时钟频率，并将所述时钟频率供给无线肌电SoC系统。
参见图2，一种片上电极集成的无线肌电SoC芯片，其特征在于，包括采集电路层和顶层金属层，所述输入电极的版图、上述任一项所述的一种片上电极集成的无线肌电SoC系统中的双工线圈的版图和接地端的版图位于所述顶层金属层。
所述接地端的版图围绕所述输入电极的四周，用于屏蔽所述双工线圈对所述输入电极的影响。
参见图3，一种基于上述所述的片上电极集成的无线肌电SoC芯片的肌电信号采集装置，包括腕带、肌电信号采集探针和无线肌电SoC芯片，所述腕带上安装有双工射频模块，所述肌电信号采集探针埋置于皮下，所述肌电信号采集探针中封装所述无线肌电SoC芯片。
所述肌电信号采集探针的外壳涂覆有生物相容性材料，所述肌电信号采集探针的两端固定有肌电信号感应电极，所述肌电信号采集探针埋置于皮下并通过所述肌电信号感应电极与所述无线肌电SoC芯片的输入电极连接采集不同位置的肌电信号。
所述双工射频模块用于接收所述肌电信号采集探针向外发射的肌电信号，以及利用无线能量传输技术为所述肌电信号采集探针提供能量。
实施例：一种片上电极集成的无线肌电SoC系统，包括：
输入电极：用于传输采集到的肌电信号，并将所述肌电信号传输至差分放大器；
所述输入电极包括差分正向输入电极和差分反向输入电极，输入电极的输入信号带宽为10-500赫兹， 本实施例采用10-100赫兹， 既能保证有效的信号记录内容，且有利于长期的信号监测及无线传输。
差分放大器：用于对所述肌电信号进行放大处理，得到放大肌电模拟信号，并将所述放大肌电模拟信号传输至信号处理模块，差分放大器增益通常为为20-40dB可变增益，本实施例采用40dB固定增益，减少额外控制信号，节省采集硬件功耗；信号处理模块：用于对所述放大肌电模拟信号进行转换，得到已编码串行肌电数字信号，并将所述已编码串行肌电数字信号传输至射频传输模块；
所述信号处理模块具体包括：
模数转换器：用于将所述放大肌电模拟信号转换为并行肌电数字信号，并将所述并行肌电数字信号传输至并串行信号转换器，模数转换器精度通常为8-12比特，本实施例基于前端采集放大器的实测噪声水平，设定模数转换器精度为10比特；
并串行信号转换器：用于将所述并行肌电数字信号转换为串行肌电数字信号，并将所述串行肌电数字信号传输至编码器；
编码器：用于对所述串行肌电数字信号进行编码，得到已编码串行肌电数字信号。
射频传输模块：用于将所述已编码串行肌电数字信号向外发射，以及将通过无线能量传输技术接收外界传输的能量输入电源模块；
所述射频传输模块具体包括：
射频前端模块：用于将已编码串行肌电数字信号传输至双工线圈；
双工线圈：用于将已编码串行肌电数字信号向外发射，以及接收通过无线能量传输技术接收外界传输的能量，双工线圈谐振频率为1G赫兹。
电源模块：用于对接收外界传输的能量转换为直流电，为无线肌电SoC系统供电；
所述电源模块具体为利用无线能量传输技术，将双工线圈接收外界传输的能量转换为直流电，用于为无线肌电SoC系统供电。
时钟模块：用于通过降频得到时钟频率，并将所述时钟频率供给无线肌电SoC系统。
一种片上电极集成的无线肌电SoC芯片，其特征在于，包括采集电路层和顶层金属层，所述输入电极的版图、上述任一项所述的一种片上电极集成的无线肌电SoC系统中的双工线圈的版图和接地端的版图位于所述顶层金属层，为Metal 6层。
所述接地端的版图围绕所述输入电极的四周，用于屏蔽所述双工线圈对所述输入电极的影响。
一种基于上述所述的片上电极集成的无线肌电SoC芯片的肌电信号采集装置，包括腕带、肌电信号采集探针和无线肌电SoC芯片，所述腕带上安装有双工射频模块，所述肌电信号采集探针埋置于皮下，所述肌电信号采集探针中封装所述无线肌电SoC芯片。
所述肌电信号采集探针的外壳涂覆有生物相容性材料，所述肌电信号采集探针的两端固定有肌电信号感应电极，所述肌电信号采集探针埋置于皮下并通过所述肌电信号感应电极与所述无线肌电SoC芯片的输入电极连接采集不同位置的肌电信号。
所述双工射频模块用于接收所述肌电信号采集探针向外发射的肌电信号，以及利用无线能量传输技术为所述肌电信号采集探针提供能量。
综上所述，本发明无线肌电SoC芯片的片上电极集成技术跳过芯片封装中的引线键合过程，将输入电极置于顶层金属层，减小了芯片封装面积(本实施例采用感应电极尺寸为60x60um，本实施例至少节省10800um2芯片面积)，实现了芯片输入电极端与芯片端距离最小化，有效避免了键合引线上耦合到的工频噪声，保证了信号完整性，同时减小了芯片封装面积。实现了一种具有小体积和高生物相容性的肌电信号采集装置，此装置适合埋置皮下，准确实时地获取外骨骼穿戴者运动意图。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种片上电极集成的无线肌电SoC系统，其特征在于，包括：
输入电极：用于传输采集到的肌电信号，并将所述肌电信号传输至差分放大器；
差分放大器：用于对所述肌电信号进行放大处理，得到放大肌电模拟信号，并将所述放大肌电模拟信号传输至信号处理模块；
信号处理模块：用于对所述放大肌电模拟信号进行转换，得到已编码串行肌电数字信号，并将所述已编码串行肌电数字信号传输至射频传输模块；
射频传输模块：用于将所述已编码串行肌电数字信号向外发射，以及将通过无线能量传输技术接收外界传输的能量输入电源模块；
电源模块：用于对接收外界传输的能量转换为直流电，为无线肌电SoC系统供电；
时钟模块：用于通过降频得到时钟频率，并将所述时钟频率供给无线肌电SoC系统。
2.如权利要求1所述的一种片上电极集成的无线肌电SoC系统，其特征在于，所述输入电极包括差分正向输入电极和差分反向输入电极。
3.如权利要求1所述的一种片上电极集成的无线肌电SoC系统，其特征在于，所述信号处理模块具体包括：
模数转换器：用于将所述放大肌电模拟信号转换为并行肌电数字信号，并将所述并行肌电数字信号传输至并串行信号转换器；
并串行信号转换器：用于将所述并行肌电数字信号转换为串行肌电数字信号，并将所述串行肌电数字信号传输至编码器；
编码器：用于对所述串行肌电数字信号进行编码，得到已编码串行肌电数字信号。
4.如权利要求1所述的一种片上电极集成的无线肌电SoC系统，其特征在于，所述射频传输模块具体包括：
射频前端模块：用于将已编码串行肌电数字信号传输至双工线圈；
双工线圈：用于将已编码串行肌电数字信号向外发射，以及接收通过无线能量传输技术接收外界传输的能量。
5.如权利要求1所述的一种片上电极集成的无线肌电SoC系统，其特征在于，所述电源模块具体为利用无线能量传输技术，将双工线圈接收外界传输的能量转换为直流电，用于为无线肌电SoC系统供电。
6.一种片上电极集成的无线肌电SoC芯片，其特征在于，包括采集电路层和顶层金属层，所述输入电极的版图、权利要求1-5中任一项所述的一种片上电极集成的无线肌电SoC系统中的双工线圈的版图和接地端的版图位于所述顶层金属层。
7.如权利要求6所述的一种片上电极集成的无线肌电SoC芯片，其特征在于，所述接地端的版图围绕所述输入电极的四周，用于屏蔽所述双工线圈对所述输入电极的影响。
8.一种基于权利要求6所述的片上电极集成的无线肌电SoC芯片的肌电信号采集装置，其特征在于，包括腕带、肌电信号采集探针和无线肌电SoC芯片，所述腕带上安装有双工射频模块，所述肌电信号采集探针埋置于皮下，所述肌电信号采集探针中封装所述无线肌电SoC芯片。
9.如权利要求8所述的一种肌电信号采集装置，其特征在于，所述肌电信号采集探针的外壳涂覆有生物相容性材料，所述肌电信号采集探针的两端固定有肌电信号感应电极，所述肌电信号采集探针埋置于皮下并通过所述肌电信号感应电极与所述无线肌电SoC芯片的输入电极连接采集不同位置的肌电信号。
10.如权利要求8所述的一种肌电信号采集装置，其特征在于，所述双工射频模块用于接收所述肌电信号采集探针向外发射的肌电信号，以及利用无线能量传输技术为所述肌电信号采集探针提供能量。
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