第一節(jié) 產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀
2005年8月，清華大學(xué)微電子學(xué) 研究 所成功研制的數(shù)字式多通道人工耳蝸專用集成電路芯片通過了教育部科技成果鑒定。
該芯片采用1.2um N阱CMOS工藝設(shè)計(jì)完成，芯片面積為3.56×3.67mm2，工作載波頻率為10MHz，可以輸出最高為15KHZ的刺激脈沖。CI1003芯片具有最多17個(gè)輸出通道，輸出的刺激脈沖為雙相恒流脈沖，且正負(fù)兩相保持良好的對(duì)稱性，即進(jìn)行刺激的兩個(gè)電極間流過的電荷總量近似為0。刺激電流大小變化范圍為0～2mA，分1024級(jí)可調(diào)。
2008年1月，由復(fù)旦大學(xué)附屬眼耳鼻喉科醫(yī)院教授、中國科學(xué)院院士王正敏領(lǐng)銜研發(fā)的“國產(chǎn)多道程控人工耳蝸”正式達(dá)到生產(chǎn)技術(shù)穩(wěn)定和批量生產(chǎn)兩項(xiàng)指標(biāo)。
國產(chǎn)耳蝸具有中國特色，在芯片等技術(shù)環(huán)節(jié)上，可根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇語音處理方案，使用者不僅能分辨各種環(huán)境聲、元音和輔音，還能識(shí)別漢語四聲，特別適應(yīng)我國多種方言交流的需要。
國際同類產(chǎn)品已從早期只能幫助病人唇讀的單信號(hào)通道耳蝸，發(fā)展到能使多數(shù)病人打電話的多信號(hào)通道耳蝸，而國產(chǎn)最新型耳蝸信號(hào)通道已達(dá)22個(gè)，達(dá)到甚至超過了歐美技術(shù)性能。
第二節(jié) 產(chǎn)品工藝特點(diǎn)或流程
以一種適用于16通道、電流脈沖刺激方式的人工耳蝸系統(tǒng)的體內(nèi)刺激電路的芯片為例，來簡(jiǎn)述電路芯片的關(guān)鍵模塊電路的現(xiàn)。
植入刺激電路結(jié)構(gòu)示意圖
1、帶隙基準(zhǔn)源
植入刺激電路中有高壓和常壓兩個(gè)帶隙基準(zhǔn)源，二者均采用了傳統(tǒng)的帶隙結(jié)構(gòu)，通過雙極型晶體管ＶＢＥ的負(fù)溫度系數(shù)和不同電流密度的兩個(gè)雙極型晶體管的ＶＢＥ之差ΔＶＢＥ的正溫度系數(shù)相加產(chǎn)生與溫度無關(guān)的基準(zhǔn)電壓，其偏置電流由自偏置模塊產(chǎn)生，運(yùn)算放大器為典型的兩級(jí)運(yùn)放結(jié)構(gòu)。常壓帶隙基準(zhǔn)源要給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路提供穩(wěn)定的有驅(qū)動(dòng)能力的參考電位，因此在基準(zhǔn)源的輸出端根據(jù)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的精度，等效電容，刺激速率要求設(shè)計(jì)完成了兩級(jí)密勒補(bǔ)償?shù)木彌_器，用以驅(qū)動(dòng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路。
2、數(shù)字控制模塊
數(shù)字控制模塊是植入刺激電路中的數(shù)字部分，這部分采用有限狀態(tài)機(jī)設(shè)計(jì)，在不同的狀態(tài)下生成相應(yīng)的控制信號(hào)。它以數(shù)據(jù)時(shí)鐘模塊恢復(fù)出的時(shí)鐘為工作時(shí)鐘，將數(shù)據(jù)時(shí)鐘模塊恢復(fù)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行譯碼，提取出刺激強(qiáng)度控制數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，提取出刺激維持時(shí)間、刺激電極序號(hào)控制開關(guān)陣列。設(shè)計(jì)中使用的指令幀格式，指令首位是幀起始位，然后依次是刺激模式、刺激強(qiáng)度、刺激脈寬、電極編號(hào)１、電極編號(hào)２、最后一位是奇偶校驗(yàn)位。該部分電路采用標(biāo)準(zhǔn)ASIC設(shè)計(jì)流程，規(guī)模約1500門，功耗730μＷ＠10ＭＨｚ。
3、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路
為了提高數(shù)模轉(zhuǎn)換電路電容陣列的匹配性，該數(shù)模轉(zhuǎn)換電路采用左右兩個(gè)對(duì)稱的電容陣列組成，為減小電路轉(zhuǎn)換的毛刺幅度，提高線性度，高三位使用溫度計(jì)編碼，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的參考電平由基準(zhǔn)源提供。
４、壓控電流源電路
該部分由滿足數(shù)模轉(zhuǎn)換電路精度和速度的運(yùn)算放大器和一個(gè)高壓ＮＭＯＳ反饋管組成，運(yùn)放與ＮＭＯＳ管Ｍ１組成的負(fù)反饋保證電阻Ｒ （設(shè)計(jì)中Ｒ 為外接電阻，以方便對(duì)該電路的測(cè)試以及調(diào)節(jié)刺激電流的大?。┥系碾妷簽閿?shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出，從而保證流過兩個(gè)電極的電流為Ｉｏｕｔ＝ＶＤＡＣ／Ｒ以實(shí)現(xiàn)刺激強(qiáng)度隨數(shù)模轉(zhuǎn)換Ｓ電路輸出的變化。其中運(yùn)算放大器采用兩級(jí)密勒補(bǔ)償結(jié)構(gòu)，輸入部分為ＰＭＯＳ射級(jí)跟隨器，用以實(shí)現(xiàn)電平移位，保證在數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出電壓很小時(shí)運(yùn)放仍然正常工作。
5、陣列電路
本設(shè)計(jì)中電極共有17個(gè)（ＥＬ０～ＥＬ１６），數(shù)字控制部分通過控制模擬開關(guān)來控制刺激電流方向，刺激維持時(shí)間以及選通電極。比如，當(dāng)ＥＬＶＥｎ１和ＥＬＡＥｎ２閉合時(shí)，電流由電極ＥＬ１流向ＥＬ２，大小為前面壓控電流源產(chǎn)生的由數(shù)模轉(zhuǎn)換電路控制的電流，而當(dāng)ＥＬＶＥｎ２和ＥＬＡＥｎ１閉合時(shí)，電流由電極ＥＬ２流向ＥＬ１。這樣，通過開關(guān)陣列，很容易實(shí)現(xiàn)電極的選擇，電流方向及刺激維持時(shí)間的控制。ＥＬＩｄｌｅ開關(guān)用于短接未被選中的電極以泄放殘留的不平衡電荷。
第三節(jié) 國內(nèi)外技術(shù)未來發(fā)展趨勢(shì) 分析
未來人工耳蝸植入體將進(jìn)一步變小?？萍嫉难杆龠M(jìn)步肯定可以使得下一代人工耳蝸在整體功能方面和物理性能上產(chǎn)生顯著的變化。新的信號(hào)處理方法，連同助聽器技術(shù)，雙邊人工耳蝸技術(shù)，以及聯(lián)合聲電刺激技術(shù)在一起，將能夠更好的提取，編碼并傳遞那些重要的聲學(xué)特征信息，尤其是頻域和時(shí)域微細(xì)機(jī)構(gòu)。這樣就可以大大改善使用者在噪聲環(huán)境下的語音識(shí)別，音樂欣賞，聲音定位，聲音分離和聲源鑒別等方面的實(shí)際使用效果。另外，隨著微電子技術(shù)，納米技術(shù)和生物測(cè)量技術(shù)的不斷引入，可以制造出更多新式的接口，電極，話筒和電源，以及一整套完全不排異和完全可植入的人工耳蝸設(shè)備，也可以制造出其他各種聲學(xué)補(bǔ)償設(shè)備和能夠刺激其他耳結(jié)構(gòu)并促進(jìn)神經(jīng)原的存活甚至再生的給藥裝置。
未來人工耳蝸的發(fā)展趨勢(shì)將是完全植入式的，這將是人工耳蝸設(shè)計(jì)理念的一次革新。新的人工耳蝸系統(tǒng)將沒有任何體外部分，電池可以在體內(nèi)充電，解決了能量供給問題；鼓膜將作為麥克風(fēng)，這樣聲音的保真度將大大提高，困擾人們的美觀問題也將隨之得到解決。
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