intan-可以买得到的侵入式脑机接口芯片(SPI.DDR模式)

原创 云深之无迹 2024-10-19 19:08

我羡慕很多公司,但最羡慕的不是那种巨无霸的公司,而是小而美,在一个高端领域“唯我独尊”的公司,今天说的公司就是:

在侵入式脑机芯片领域可以唯一买到的芯片

不要说什么马克斯的东西牛逼,他的脑机芯片有几个买到的,有几个用到的?

NeuraLink-N1神经网络芯片设计细节

NeuraLink植入式系统解读

我的意思是,说的再厉害,更多的人用不到,当然你说什么都是你对,对对对,你说的对。

这个就是鄙人的榜样了,创始人

当然了,芯片都流片了,就买货就行,当然可以不去再开发

服务了六大洲五十个国家

国内也有很多的科研机构在用

我接触也是因为中科院的一位朋友在使用它,然后我也上车了,感觉在里面可以学到的东西有很多。

其实它主要就是两个大类,采集和刺激,然后围绕着这个给出了系统的方案。

采集

下面应该是数字组件,我也不是很懂芯片

刺激

  1. 具有双极(差分)输入的RHD2216 16 通道放大器芯片
  2. 具有单极输入和公共参考的RHD2132 32 通道放大器芯片
  3. 具有单极输入和公共参考的RHD2164 64 通道放大器芯片

封装很小

采集uV级别的心电信号

使用胸部的 Ag/AgCl 电极。放大器配置为下截止频率为 0.6 Hz,上截止频率为 100 Hz。ADC 采样率为每通道 2 kS/s。

个时间对齐的皮质动作电位,1s内对齐

先看一个芯片的数据:

  • ADC 放大器采样率高达每通道 30 kSamples/s
  • 低本底噪声:2.4 μV rms(典型值)
  • 上限截止频率可配置为 100 Hz 至 20 kHz
  • 下限截止频率可配置为 0.1 Hz 至 500 Hz
  • 集成多频率原位电极阻抗测量能力
  • 辅助 ADC 输入,用于连接其他片外传感器

首先是一个俩级放大的OP结构,第一级的放大倍数很大。可以看到是交流耦合,前级电容,后面通过一个MUX转换,非同步采集,我以为是同步捏,滤镜没有了。。。

然后还有一个温度传感器,可以看到还有一个1.25的参考,所以这个东西的范围应该就是0~3.3V,然后接的是一个16bit的ADC,去掉一个误差位,那就是15bit,后级就是一个数字模块了,SPI闪亮登场。

前级有ESD的保护级

阻抗测试

RHD2000芯片集成了一个用于生成用户指定交流电流波形的电路。这个电路可以向任意选择的电极注入特定的交流电流波形,主要用于阻抗测试等目的。

  1. 数字-模拟转换 (DAC): 芯片内部有一个8位DAC,通过SPI接口可以设置其输出电压。

  2. 低通滤波器: DAC输出的数字阶梯波形经过一个二阶10kHz低通滤波器,滤除高频噪声,得到相对平滑的模拟信号。

  3. 电流转换: 滤波后的模拟信号通过一个可选择的电容(0.1pF, 1pF, 10pF)连接到测试电极。这个电容将电压转换为电流,从而在电极上产生交流电流。

  4. 波形控制: 通过SPI接口可以设置DAC的输出电压,从而控制注入到电极的电流幅值和波形。

  • DAC输出电压范围: 0V至1.22V,步进为4.785mV。

  • 低通滤波器截止频率: 10kHz。

  • 可选择电容值: 0.1pF, 1pF, 10pF。

  • 波形控制: 可以产生近似正弦波、方波等波形。

  • 以上是参数细节

16通道的也是一样的

因为通道很多

  • LVDS模式的优势:

    • 高速传输:适合高速数据传输场景。

    • 抗干扰能力强:适用于噪声较大的环境。

    • 长距离传输:适用于长距离通信。

  • 选择模式的考虑因素:

    • 数据传输速率:高速率选择LVDS,低速率选择CMOS。

    • 抗干扰要求:对噪声敏感的场合选择LVDS。

    • 系统复杂度:LVDS实现相对复杂,CMOS更简单


因为精密信号对干扰非常敏感,这里当然不全是这个原因,主要是后端输出的信号有点大,就使用了LVDS了,这种差分信号又快干扰又小。当然为了兼顾开发,也有SPI。

  • LVDS_en:

    • 功能: 用于控制SPI接口的工作模式。

    • 高电平有效: 当LVDS_en为高电平时,SPI接口采用LVDS模式进行通信。LVDS是一种高速、低功耗的差分信号传输方式,具有抗干扰能力强等优点。

    • 低电平有效: 当LVDS_en为低电平时,SPI接口采用传统的CMOS电平信号进行通信。

  • CS+、CS-:

    • 功能: 芯片选择的输入信号,用于激活SPI器件。

    • LVDS模式: 当LVDS_en为高电平时,CS+和CS-构成一个LVDS差分对,共同作为芯片选择的输入。

    • CMOS模式: 当LVDS_en为低电平时,仅使用CS+作为标准的CMOS电平输入。

  • SCLK+、SCLK-:

    • 功能: SPI接口的串行时钟信号。

    • LVDS模式: 当LVDS_en为高电平时,SCLK+和SCLK-构成一个LVDS差分对,作为串行时钟输入。

    • CMOS模式: 当LVDS_en为低电平时,仅使用SCLK+作为标准的CMOS电平输入。

  • MOSI+、MOSI-:

    • 功能: 主机向从机发送数据的串行数据输入。

    • LVDS模式: 当LVDS_en为高电平时,MOSI+和MOSI-构成一个LVDS差分对,作为串行数据输入。

    • CMOS模式: 当LVDS_en为低电平时,仅使用MOSI+作为标准的CMOS电平输入。

  • MISO+、MISO-:

    • 功能: 从机向主机发送数据的串行数据输出。

    • LVDS模式: 当LVDS_en为高电平时,MISO+和MISO-构成一个LVDS差分对,作为串行数据输出。

    • CMOS模式: 当LVDS_en为低电平时,仅使用MISO+作为标准的CMOS电平输出。


通过控制LVDS_en引脚,可以根据不同的应用场景选择LVDS模式或CMOS模式。

LVDS模式具有更高的传输速率和抗干扰能力,适用于高速数据传输;而CMOS模式则更简单易用。


  • CPOL=0: 表示时钟的空闲状态为低电平。

  • RHD2000 chip always acts as slave: 表示该芯片在SPI通信中始终作为从机。

  • LVDS差分信号: LVDS信号通过一对差分信号线传输,通过比较两条线的电压差来恢复数据,从而提高抗噪声能力。

俩种传输

  • 电压波形:

    • 标准CMOS: 输出电压在高低电平之间切换,幅度接近电源电压。

    • LVDS: 输出电压是差分信号,即MISO+和MISO-之间存在一个固定差值(350mV)。每个信号的绝对值较低,通常在电源电压的1/2左右。

  • 电流波形:

    • 标准CMOS: 输出电流在高低电平切换时会有较大的变化,导致较高的功耗。

    • LVDS: 由于采用差分信号,输出电流相对较小且稳定,功耗较低。


这里需要注意一点是,这个SPI不是我们平常使用的SPI,而是DDR,叫双倍率模式,在一个时钟沿采样两次,比如CLK-10Mhz,现在就是20Mhz了。其实这种做法在flash,内存里面很常见。

  • 在标准SPI中,MISO数据只在SCLK的上升沿或下降沿被采样一次。

  • DDR SPI为了提高数据传输速率,在SCLK的一个周期内,MISO数据会在上升沿和下降沿各被采样一次。

连接示意图,但是MCU来连接不太好,就是不灵活

我前几个看64的还没有MCU版本,现在全系列芯片都可以使用MCU控制了。

OK,一会儿看

对于一个标准的协议来说,就是CLK一个Edge才采样一次

SPI协议详解以ADS1118为例 可以看这个学习一下。

DDR就是上下都会采样

下面这段内容,全网都没有,你能看到就有福气了。

在使用单片机(如STM32 U5或H7)实现DDR(Double Data Rate,双倍数据速率)SPI通信时,由于标准SPI外设不支持32位MISO接收,而需要采用两个SPI外设来实现这一功能的配置方法。

  • 问题: 标准SPI外设通常不支持MOSI传输16位数据,MISO接收32位数据的模式。


  • 解决方案:

    • 两个SPI外设: 分别用一个SPI外设负责16位MOSI数据的发送(TRANSMIT_SPI),另一个SPI外设负责32位MISO数据的接收(RECEIVE_SPI)。

    • 伪SCLK信号: 由于RECEIVE_SPI需要在SCLK的上升沿和下降沿都对MISO进行采样,因此需要生成一个频率是SCLK两倍的伪SCLK信号。

    • 时序同步: 伪SCLK的产生需要与真实的SCLK进行同步,确保MISO数据的采样时刻正确。


SPI1

SPI3

  1. 配置TRANSMIT_SPI:

  • 作为主设备,负责输出CS、SCLK和MOSI信号。

  • 只发送16位数据。

  • 配置RECEIVE_SPI:

    • 作为从设备,只负责接收MISO信号。

    • 接收32位数据。

    • 使用生成的伪SCLK信号作为时钟。

  • 生成伪SCLK信号:

    • 利用定时器产生一个频率为SCLK两倍的信号。

    • 调整伪SCLK的相位,使其与真实的SCLK保持同步。


    利用微控制器的定时器模块,通过PWM模式和重复计数器,生成一个频率为SCLK两倍的方波信号。通过调整定时器的参数,可以精确控制伪SCLK的相位,使其与SCLK保持同步。

    • True SCLK: 标准的SPI时钟信号。

    • Pseudo-SCLK: 由定时器生成的伪时钟信号,频率是True SCLK的两倍。

    • MOSI: 主机发送的数据,以True SCLK为时钟。

    • MISO A, MISO B: 从机接收的数据,分别在Pseudo-SCLK的奇数和偶数上升沿采样。


    U5强哇

    • U5:

      • 定时器配置恰好满足时序要求,无需额外调整。

    • H7:

      • 运行速度更快,需要引入额外的延迟,以确保伪SCLK与True SCLK的相位关系正确。

    为了速度,DMA全开

    依靠中断进行通讯

    牛的,波特率这么高

    剩下的细节就不写了。

    不过LL确实很快

    级联的就算了,FPGA来了

    LVDS的连接是这样的

    一种板子是这样的,上面的金点都镀金了

    双芯片,128位通道

    FPGA的框图,等我学会FPGA再看

    当然了一些厂家也设计了很多有趣的设计,我感觉我也可以设计。

    总之很棒,但是脑机接口也路途遥远。

    https://intantech.com/signals_RHD2000.html

    评论
    • 村田是目前全球量产硅电容的领先企业,其在2016年收购了法国IPDiA头部硅电容器公司,并于2023年6月宣布投资约100亿日元将硅电容产能提升两倍。以下内容主要来自村田官网信息整理,村田高密度硅电容器采用半导体MOS工艺开发,并使用3D结构来大幅增加电极表面,因此在给定的占位面积内增加了静电容量。村田的硅技术以嵌入非结晶基板的单片结构为基础(单层MIM和多层MIM—MIM是指金属 / 绝缘体/ 金属) 村田硅电容采用先进3D拓扑结构在100um内,使开发的有效静电容量面积相当于80个
      知白 2025-01-07 15:02 128浏览
    • 根据Global Info Research项目团队最新调研,预计2030年全球封闭式电机产值达到1425百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为3.4%。 封闭式电机是一种电动机,其外壳设计为密闭结构,通常用于要求较高的防护等级的应用场合。封闭式电机可以有效防止外部灰尘、水分和其他污染物进入内部,从而保护电机的内部组件,延长其使用寿命。 环洋市场咨询机构出版的调研分析报告【全球封闭式电机行业总体规模、主要厂商及IPO上市调研报告,2025-2031】研究全球封闭式电机总体规
      GIRtina 2025-01-06 11:10 117浏览
    • 根据环洋市场咨询(Global Info Research)项目团队最新调研,预计2030年全球无人机锂电池产值达到2457百万美元,2024-2030年期间年复合增长率CAGR为9.6%。 无人机锂电池是无人机动力系统中存储并释放能量的部分。无人机使用的动力电池,大多数是锂聚合物电池,相较其他电池,锂聚合物电池具有较高的能量密度,较长寿命,同时也具有良好的放电特性和安全性。 全球无人机锂电池核心厂商有宁德新能源科技、欣旺达、鹏辉能源、深圳格瑞普和EaglePicher等,前五大厂商占有全球
      GIRtina 2025-01-07 11:02 103浏览
    • 这篇内容主要讨论三个基本问题,硅电容是什么,为什么要使用硅电容,如何正确使用硅电容?1.  硅电容是什么首先我们需要了解电容是什么?物理学上电容的概念指的是给定电位差下自由电荷的储藏量,记为C,单位是F,指的是容纳电荷的能力,C=εS/d=ε0εrS/4πkd(真空)=Q/U。百度百科上电容器的概念指的是两个相互靠近的导体,中间夹一层不导电的绝缘介质。通过观察电容本身的定义公式中可以看到,在各个变量中比较能够改变的就是εr,S和d,也就是介质的介电常数,金属板有效相对面积以及距离。当前
      知白 2025-01-06 12:04 205浏览
    • 本文介绍Linux系统更换开机logo方法教程,通用RK3566、RK3568、RK3588、RK3576等开发板,触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。制作图片开机logo图片制作注意事项(1)图片必须为bmp格式;(2)图片大小不能大于4MB;(3)BMP位深最大是32,建议设置为8;(4)图片名称为logo.bmp和logo_kernel.bmp;开机
      Industio_触觉智能 2025-01-06 10:43 90浏览
    • PLC组态方式主要有三种,每种都有其独特的特点和适用场景。下面来简单说说: 1. 硬件组态   定义:硬件组态指的是选择适合的PLC型号、I/O模块、通信模块等硬件组件,并按照实际需求进行连接和配置。    灵活性:这种方式允许用户根据项目需求自由搭配硬件组件,具有较高的灵活性。    成本:可能需要额外的硬件购买成本,适用于对系统性能和扩展性有较高要求的场合。 2. 软件组态   定义:软件组态主要是通过PLC
      丙丁先生 2025-01-06 09:23 90浏览
    • 彼得·德鲁克被誉为“现代管理学之父”,他的管理思想影响了无数企业和管理者。然而,关于他的书籍分类,一种流行的说法令人感到困惑:德鲁克一生写了39本书,其中15本是关于管理的,而其中“专门写工商企业或为企业管理者写的”只有两本——《为成果而管理》和《创新与企业家精神》。这样的表述广为流传,但深入探讨后却发现并不完全准确。让我们一起重新审视这一说法,解析其中的矛盾与根源,进而重新认识德鲁克的管理思想及其著作的真正价值。从《创新与企业家精神》看德鲁克的视角《创新与企业家精神》通常被认为是一本专为企业管
      优思学院 2025-01-06 12:03 150浏览
    • 大模型的赋能是指利用大型机器学习模型(如深度学习模型)来增强或改进各种应用和服务。这种技术在许多领域都显示出了巨大的潜力,包括但不限于以下几个方面: 1. 企业服务:大模型可以用于构建智能客服系统、知识库问答系统等,提升企业的服务质量和运营效率。 2. 教育服务:在教育领域,大模型被应用于个性化学习、智能辅导、作业批改等,帮助教师减轻工作负担,提高教学质量。 3. 工业智能化:大模型有助于解决工业领域的复杂性和不确定性问题,尽管在认知能力方面尚未完全具备专家级的复杂决策能力。 4. 消费
      丙丁先生 2025-01-07 09:25 105浏览
    •     为控制片内设备并且查询其工作状态,MCU内部总是有一组特殊功能寄存器(SFR,Special Function Register)。    使用Eclipse环境调试MCU程序时,可以利用 Peripheral Registers Viewer来查看SFR。这个小工具是怎样知道某个型号的MCU有怎样的寄存器定义呢?它使用一种描述性的文本文件——SVD文件。这个文件存储在下面红色字体的路径下。    例:南京沁恒  &n
      电子知识打边炉 2025-01-04 20:04 113浏览
    • 每日可见的315MHz和433MHz遥控模块,你能分清楚吗?众所周知,一套遥控设备主要由发射部分和接收部分组成,发射器可以将控制者的控制按键经过编码,调制到射频信号上面,然后经天线发射出无线信号。而接收器是将天线接收到的无线信号进行解码,从而得到与控制按键相对应的信号,然后再去控制相应的设备工作。当前,常见的遥控设备主要分为红外遥控与无线电遥控两大类,其主要区别为所采用的载波频率及其应用场景不一致。红外遥控设备所采用的射频信号频率一般为38kHz,通常应用在电视、投影仪等设备中;而无线电遥控设备
      华普微HOPERF 2025-01-06 15:29 152浏览
    • By Toradex 秦海1). 简介嵌入式平台设备基于Yocto Linux 在开发后期量产前期,为了安全以及提高启动速度等考虑,希望将 ARM 处理器平台的 Debug Console 输出关闭,本文就基于 NXP i.MX8MP ARM 处理器平台来演示相关流程。 本文所示例的平台来自于 Toradex Verdin i.MX8MP 嵌入式平台。  2. 准备a). Verdin i.MX8MP ARM核心版配合Dahlia载板并
      hai.qin_651820742 2025-01-07 14:52 86浏览
    • 本文介绍编译Android13 ROOT权限固件的方法,触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。关闭selinux修改此文件("+"号为修改内容)device/rockchip/common/BoardConfig.mkBOARD_BOOT_HEADER_VERSION ?= 2BOARD_MKBOOTIMG_ARGS :=BOARD_PREBUILT_DTB
      Industio_触觉智能 2025-01-08 00:06 75浏览
    • 在智能家居领域中,Wi-Fi、蓝牙、Zigbee、Thread与Z-Wave等无线通信协议是构建短距物联局域网的关键手段,它们常在实际应用中交叉运用,以满足智能家居生态系统多样化的功能需求。然而,这些协议之间并未遵循统一的互通标准,缺乏直接的互操作性,在进行组网时需要引入额外的网关作为“翻译桥梁”,极大地增加了系统的复杂性。 同时,Apple HomeKit、SamSung SmartThings、Amazon Alexa、Google Home等主流智能家居平台为了提升市占率与消费者
      华普微HOPERF 2025-01-06 17:23 182浏览
    我要评论
    0
    点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
    请使用浏览器分享功能 我知道啦