一种高度集成的无线神经调控系统级芯片（SoC），适用于小型可注射植入装置

《IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs》：A Highly-Integrated Wireless Neuromodulation SoC for Compact Injectable Implant

无线神经调制SoC集成无线供电与刺激模块，采用双刷新4相开关实现5μA-10mA宽电流范围，结合开关电容电荷泵满足15V电压需求，并集成阻抗估算模块保障电极接触状态，180nm BCD工艺实现2.1×0.8mm超紧凑设计，体内实验验证其适用于可注射植入式医疗设备。

　　

摘要：

本文介绍了一种高度集成的单链路无线神经调节系统级芯片（SoC），适用于紧凑型可注射植入式医疗设备（IMDs）。该SoC集成了单链路无线电力数据传输（WPDT）模块，无需使用笨重的电池和有线连接。开发了一种双刷新4相开关方案，以实现一种对寄生元件不敏感的电容式DAC驱动的刺激器，确保电流范围为5 μA至10 mA，适用于多种治疗应用。此外，采用了开关-电容梯形电荷泵来提供15 V的电压。集成了一种具有高端电压检测功能的阻抗估计模块，用于检测电极接触情况。该SoC采用180纳米Bipolar-CMOS-DMOS（BCD）高压（HV）工艺制造，面积为2.1 mm × 4.8 mm。测量结果和体内实验证明了所提出SoC的可行性和有效性，表明其适用于微创可注射植入物。

引言

神经调节作为一种有前景的治疗方法，被用于治疗多种神经系统疾病，包括帕金森病、原发性震颤和慢性疼痛[1]、[2]。一种非常有效的调节目标神经元的方法是电刺激，通过植入电极向神经元输送受控电流。用于胫神经刺激（TNS）或周围神经刺激（PNS）治疗的可注射植入式医疗设备（IMDs）必须满足严格的尺寸要求，以支持微创植入手术并减少植入创伤。传统的电池供电设计由于电池体积较大而存在不足。此外，越来越需要消除先进IMDs中的繁琐有线连接。虽然已经提出了一些无线电力和数据传输（WDPT）系统协议[3]、[4]，但由于缺乏刺激模块，这些协议的进一步应用受到限制。因此，有必要将WPDT模块集成到紧凑型芯片中，以实现高度集成的无线神经调节器[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。