半导体技术2025,Vol.50Issue(1) :64-70.DOI:10.13290/j.cnki.bdtjs.2025.01.009

一种低功耗可级联拓展的电刺激IC

A Low-Power Cascade-Expandable Electrical Stimulation IC

吴黎霞 张轩 薛宁 姚镭 刘春秀
半导体技术2025,Vol.50Issue(1) :64-70.DOI:10.13290/j.cnki.bdtjs.2025.01.009

一种低功耗可级联拓展的电刺激IC

A Low-Power Cascade-Expandable Electrical Stimulation IC

吴黎霞 1张轩 2薛宁 3姚镭 3刘春秀4
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作者信息

  • 1. 中国科学院空天信息创新研究院传感器技术国家重点实验室,北京 100094;中国科学院大学 电子电气与通信工程学院,北京 100094
  • 2. 上海矩智科技有限公司,上海 201899
  • 3. 临港实验室,上海 200031
  • 4. 中国科学院空天信息创新研究院传感器技术国家重点实验室,北京 100094
  • 折叠

摘要

设计了一种低功耗可级联拓展的电刺激芯片,该芯片主要由16个独立电刺激通道、一个全局数字控制器(GDC)及电流偏置模块组成.每个独立电刺激通道包含一个8 bit数模转换器(DAC)、一个高压刺激前端(SFE)电路以及通道本地数字控制器(LDC),能够输出脉冲幅度/宽度/相位间隔时间可独立配置的单极性双相脉冲刺激电流.GDC控制16个通道的配置和刺激使能,并有一个可进行多芯片级联拓展的控制接口.LDC和GDC共用同一组时钟/数据控制信号,节省了端口资源.提出的电路采用GF 0.18 ×m CMOS BCD高压工艺进行设计和制备,总面积为1.5 mm×3.1 mm.测试结果表明,在5 V/15 V/-15 V供电下,该电路的静态功耗为2.14 μW,最大输出电流为1 mA,输出200 ×A恒定电流时顺从电压为13.5 V.

Abstract

A low-power cascade-expandable electrical stimulation circuit which mainly consists of 16 independent electrical stimulation channels,a global digital controller(GDC)and a current bias module was designed.Each independent electrical stimulation channel includes an 8 bit digital to analog converter(DAC),a high-voltage stimulation front-end(SFE)circuit and a channel local digital control-ler(LDC),which can output monopolar biphasic pulse stimulation currents with independently configu-rable pulse amplitude,width and phase interval.The GDC controls the configuration and stimulation enabling of the 16 channels and has a control interface for cascading and expanding multi-chips.The LDC and GDC share the same set of clock/data control signals,saving port resources.The proposed circuit was designed and fabricated using GF 0.18 pm CMOS BCD high-voltage process,with a total area of 1.5 mm×3.1 mm.The test results show that under the 5 V/15 V/-15 V power supplies,the circuit has a static power consumption of 2.14 μW,a maximum output current of 1 mA and a compliance voltage of 13.5 V at 200 μA constant current output.

关键词

电刺激/集成电路(IC)/低功耗/可拓展性/多通道/电刺激器

Key words

electrical stimulation/integrated circuit(IC)/low-power/scalability/multi-channel/electrical stimulator

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出版年

2025
半导体技术
中国电子科技集团公司第十三研究所

半导体技术

北大核心
影响因子:0.232
ISSN:1003-353X
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