暖芯迦最新推出业内首款可编程神经调控平台芯片元神ENS001，集成32MHz ARM处理器和多通道高灵活刺激驱动电路

时间： 2022-12-19 来源：暖芯迦电子公众号

技术问答

生物芯片研发商暖芯迦(Nanochap)于近日发布了一款全新的专为神经调控应用而设计的芯片系统(SoC)-元神ENS001(图1)。这款可编程神经调控平台芯片是业内首款多通道、刺激参数与波形完全可编程并支持多种刺激模式的SoC芯片，可灵活应用于各种可穿戴、植入式神经/肌肉电刺激和神经调控应用。作为一款神经调控领域的平台型芯片，可以帮助该领域内厂商的产品设计创建独特、高度灵活性的系统解决方案。

随着神经科学领域研究的不断发展，神经调控研究与应用正迅速的发展。在过去的几十年里，神经调控在越来越多的领域被应用，让众多的患者接受神经调控技术的治疗，并得到了改善。神经系统是人体极其复杂的系统，影响着人体的各个方面，因此神经调控技术的应用范畴非常广泛，包括了体外应用和植入式应用的设备，覆盖包括如神经系统损伤、运动功能障碍、慢性疼痛、痉挛状态、癫痫、胃肠及膀胱功能障碍、外周血管疾病、心脏缺血、视听觉障碍以及心因性疾病(如抑郁症、强迫症)等众多领域。

正因为神经调控技术具有可调控、可逆性、持久性和靶向性等诸多特点，能够广泛应用于神经系统导致的各种病症，具有非常广阔的开发空间，也为该技术市场规模的快速提升创造了空间，正成为目前市场的热点。

系统介绍

元神ENS001芯片集成了32MHz ARM处理器、多通道高灵活刺激驱动电路、片上充电电路、可配置升压直流转换器以及温度传感器等模块，如图2所示，是一款高度集成的可编程的神经/肌肉刺激和神经调控解决方案芯片。

ENS001芯片输出电流和输出电压调节幅度大，自由度高。单个通道电流可以从几个μA调节到70mA，升压电路输出电压可以从0V调节到60V。芯片集成三种刺激电路(驱动器A，驱动器B，驱动器C)，支持从DC到50kHz以上的单/双向电流波形输出，包括正弦波/方波/三角波及各种调制波形，并可通过对芯片编程实现任意波形，可应用于绝大部分刺激器的应用。驱动器A支持4通道同时输出，可在45V-60V电压下输出33μA-67mA电流，采用动态电荷复制技术实现电荷平衡，适用于TENS、IFT和EMS等设备。驱动器C支持8通道同时输出，可在10V-25V下输出100uA-25mA电流，同样实现动态电荷平衡，适用于DBS和SCS等植入体。驱动器B可支持最高23通道分时输出，可在10V-20V电压下输出8μA-2mA电流，并达到100%电荷平衡，适用于人工耳蜗等植入体。

系统集成ARM处理器，可以灵活控制刺激器以及其它模块。芯片的模拟部分配备了可编程增益放大器、比较器、12位SAR ADC以及温度传感器，可以采集相关人体信号并与刺激器形成联动闭环控制。芯片的片上充电电路可满足用户充电功能需求，支持I²C，UART，SPI通信接口以及常用的具有4个公用端子(COM)和16个区段端子(SEG) 的LCD屏幕驱动。

应用范围

元神ENS001是一款高度集成的，可任意编程的神经/肌肉刺激芯片(刺激波形及参数均可自由定制)，其大范围高精度可调的输出电流幅值与频率以及多通道的属性，决定了ENS001芯片可应用于目前已知的绝大部分的神经调控应用场景，如图3所示。

芯片自带高温、高压、高电流等检测与安全保障系统，可以很好的满足植入式或高性能神经调控设备对于微型化和安全性的要求;并且支持多模式刺激，具有很强的拓展性，可广泛应用于以下应用中。

脊髓刺激器：慢性疼痛、内脏腹痛、神经损伤引起的四肢疼痛等

康复医疗：肌肉损伤或萎缩，对肌肉进行刺激

经颅电刺激：脑卒中后的运动障碍、认知障碍、失语症以及老年痴呆症

干扰电疗法IFT ：促进局部血液循环，刺激运动神经和肌肉

脑深层电刺激DBS：运动障碍性疾病，如帕金森、特发性震颤和肌张力障碍等

迷走神经刺激VNS：癫痫、抑郁症

视听觉障碍：人工耳蜗、人工视网膜等恢复听觉和视觉

总结

随着未来研究的推进，神经调控领域必定会衍生出更大发展空间，更多与神经系统相关的疾病将可能成为神经调控产品的应用领域，市场前景非常广阔。元神ENS001芯片作为可编程平台型芯片可以满足大部分电刺激的应用场景，提供了高度灵活性、适配性以及闭环控制，可以大幅简化下游厂商的产品方案设计和研发周期，是具有颠覆行业潜力的一款产品。

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