行业领域

生物与新医药技术,医疗仪器技术、设备与医学专用软件

需求背景

近年来，脑科学研究与临床神经调控对 512 通道及以上高通量神经记录芯片的需求激增，但信号链冗余电路成为核心制约：传统单通道独立电路设计中，放大器、滤波器、ADC 等模块重复配置，导致 512 通道芯片面积普遍超 15mm²、总功耗超8mW，且模块间电磁干扰引发信号串扰（多＞-50dB），无法满足高密度植入与长期低功耗运行需求。

目前国内外产品存在明显短板：国外高端芯片（如 IntanRHD2560）通过简化模块功能实现部分复用，但 512 通道版本仍需 6 组独立 ADC，总功耗超7.5mW；国内芯片多聚焦 256 通道及以下，尚未突破512 通道信号链复用技术，且复用架构导致信号延迟超 100μs。据科技查新，尚未有同时满足 “512 通道、信号链复用率≥70%、芯片面积≤10mm²、总功耗≤5mW、信号串扰≤-60dB” 的神经记录芯片。因此，研发信号链冗余电路模块共用与复用技术，对推动我国高通量神经记录芯片自主化、支撑脑科学重大专项研究具有关键意义，也符合高端医疗器械国产化战略。

需解决的主要技术难题

本研发项目旨在突破 512 通道神经记录芯片信号链冗余电路模块共用与复用瓶颈，需重点解决以下技术难题：

1. 混合信号链路复用架构设计难题：如何研发 “连续时间前端 - 开关电容后端” 复用架构，在信号链分界面处共享第二级放大器与抗混叠滤波器，将模块复用率提升至 70% 以上，同时通过共模抑制技术，将通道串扰控制在≤-60dB，避免复用引发的信号干扰；

2. 时分复用ADC 模块优化难题：如何设计 “16:1 时分复用ADC 阵列”，采用高速模拟开关（切换速度≤10ns）与动态校准技术，在仅使用 32 组 ADC 的情况下，实现 512 通道同步采样（采样率 500kSPS / 通道），同时将 ADC 总功耗降低 40%；

3. 共享参考模块负载均衡难题：如何研发多通道共享基准电压源，采用分布式缓冲电路，解决 512 通道同时接入导致的负载不均问题，将通道间电压偏差控制在≤2mV，确保各通道信号采集一致性；

4. 复用时序与信号完整性协同难题：如何通过时序优化算法，将模块切换延迟控制在≤50μs，避免神经信号（如动作电位，持续时间 1-2ms）采集失真，同时通过信号重构技术，恢复复用过程中丢失的细节信息；

5. 高密度封装与信号传输难题：如何采用覆晶（Flip-Chip）封装技术，将复用后的芯片（面积≤10mm²）与512 通道微电极阵列精准对接，通过优化布线设计，减少封装寄生参数对复用信号的影响，确保信号信噪比≥35dB。

期望实现的主要技术目标

a. 复用性能：信号链模块复用率≥70%（放大器 / 滤波器 / ADC 复用），时分复用 ADC 阵列切换速度≤10ns，模块切换延迟≤50μs；

b. 芯片尺寸与功耗：芯片面积≤10mm×10mm，512 通道总功耗≤5mW（含复用模块），待机功耗≤1mW；

c. 信号质量：输入参考噪声≤10μVrms（1Hz-10kHz），通道间串扰≤-60dB，信号信噪比≥35dB，通道间电压偏差≤2mV；

d. 采样性能：支持512 通道同步采集，采样率 500kSPS / 通道，ADC精度 12 位，输入信号范围 ±100μV；

e. 封装与兼容性：采用 Flip-Chip 封装，封装尺寸≤12mm×12mm，兼容 512通道微电极阵列（电极间距≤40μm），支持 SPI 通信接口；

f. 可靠性：工作温度 - 10℃~40℃，连续工作 72 小时故障率＜0.1%，抗电磁干扰能力符合 GB/T 17626.3 标准；

g. 应用验证：在大鼠初级视觉皮层模型中，成功实现 512 通道单细胞动作电位与局部场电位（LFP）同步采集，数据有效率≥95%。