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2026-07-29 00:00 论文发表 基础与方法 原文语言 EN

可穿戴多导生理信号记录芯片分时传输数据,人体通信速率达每秒10兆比特

内容概述 脑电这类信号极其微弱,可穿戴设备一边记录一边用人体当导线往外发数据,发射端的噪声就会混进信号里。研究团队设计了一款记录芯片,把记录和发送分到不同时间段轮流进行,从而能稳定记录脑电、眼电、肌电和心电。芯片借助人体通信(把人体当作传输介质)以每秒10兆比特的速率发送多通道数据,省去偏置电极后通信信号幅度提高约2.13倍。芯片采用180纳米工艺制造,总共模抑制比为101.1 dB,可在18 Vpp共模干扰和15%电极失配下保持稳定工作。研究面向扩展现实和脑机接口等可穿戴人机接口,摘要报告的是芯片测试指标,未报告在脑机接口任务中的使用结果。
推荐理由 可穿戴脑机接口要摆脱导线,常见做法是无线射频,这项工作改用人体本身传数据,并用分时方案解决了发射噪声干扰脑电记录的问题。目前公布的只是芯片测试指标,摘要没有报告在佩戴者身上完成脑机接口任务的数据。

脑机百科消息(bciwiki.com),研究团队设计出一款集成人体通信的多通道扩展导联(ExG)记录芯片,采用分时采集方案,能稳定记录脑电(EEG)、眼电(EOG)、肌电(EMG)和心电(ECG),并以每秒10兆比特的速率经人体向外传输数据。研究发表于2026年7月29日的《IEEE Transactions on Biomedical Circuits and Systems》,面向扩展现实和脑机接口等可穿戴多模态人机接口。

人体通信是把人体当作信号传输介质的一种通信方式。问题在于,发射端的噪声会以共模干扰的形式出现在记录电路的模拟前端,淹没本就微弱的脑电和眼电信号。研究团队的做法是把记录和发送分配到各自独立的时间段,两者在时间上错开,从而保住超低噪声的记录能力。

由于发射端必须在有限的时间段内送出多通道数据,系统需要较高的传输速率。研究采用四电平脉冲幅度调制(PAM-4),实现每秒10兆比特的速率。该调制方式依赖于一种无需偏置电极的模拟前端,它使人体通信信号幅度提高约2.13倍,为区分4个电平留出足够余量。此外,芯片集成了基于电荷泵、含多通道最小均方(LMS)滤波器的共模干扰消除环路,以及直流伺服环路,用于缓解通道间失配并抑制差模伪迹。

芯片采用180纳米CMOS工艺制造,总共模抑制比(CMRR)为101.1 dB,可抑制最高500 mV的电极直流偏移,并在18 Vpp共模干扰和15%电极失配条件下保持稳定工作。摘要报告的是芯片层面的测试指标,未报告在佩戴者身上执行脑机接口任务的结果。

本文由 BCIwiki 根据公开信息撰写

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