Page 18 - 陽明交大電機學院院刊 202309
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IEEE Transactions on Biomedical Circuits and System (2023)
Design of Dual-Configuration Dual-Mode Stimulator
in Low-Voltage CMOS Process for Neuro-Modulation
電子研究所 謝佳琪 博士生（第一作者）
近年來，功能性電刺激 (Functional Electrical Stimulation) 早已發展成為能有效用於神經系
統疾病的治療方式。舉例來說，深層腦部刺激 (Deep Brain Stimulation) 最廣為人知的就是可以
有效控制原發性顫抖症及帕金森氏症。而脊髓損傷、視網膜假肢、耳蝸植入、阿茲海默症和癲
癇抑制的治療也都與電刺激有關。此外，為了方便臨床使用，使醫療設備更適合穿戴或植入，
其體積也日趨微型化。結合微電子與生物醫學，植入式單晶片在生物醫學應用上具有極大優勢。
因此，為了提供臨床治療上更多電刺激的選擇，一有著多種刺激模式及功能的電刺激器系統於
本篇中被提出。
本篇提出的雙組態雙模式刺激器可以產生所有常用於神經調節之電刺激形式。雙組態表示
單端或雙端的架構；而雙模式意即電流或是電壓的刺激輸出。且不論選擇何種刺激情境，雙相
位或是單相位的刺激波形都可以任意選擇。由於可支援多樣性的刺激形式，搭配可調整的控制
參數，本篇所提出之刺激器於生物醫療的應用上可以體現極大優勢。本刺激器晶片含有 4 個刺
激通道，因為是透過0.18-μm 1.8-V/3.3-V 互補式金屬氧化物半導體 (CMOS) 的低壓製程製造，
且具備 p 型基板共同接地的設計，使其有利於與其他類比或數位電路做單晶片的整合，以完成
植入式生醫裝置的應用。
本篇提出之刺激器晶片克服了低壓元件在正負供電電壓達 12 V 壓差時，可能發生的過壓及
可靠度問題；且最大輸出可達±3.6 mA 及±3.6 V，而每個刺激通道只佔 0.052 mm2 的面積。藉
由內含的放電功能，神經電刺激中電荷不平衡的生物安全性考量可以被適當的解決。此外，本
篇所提出之刺激器晶片也已於仿真量測及動物實驗中驗證成功。
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