南大研发高能效芯片，破解侵入式脑机接口供能难题

侵入式脑机接口的长期安全供能，一直是制约其向临床深度应用迈进的核心瓶颈。近日，南京大学电子科学与工程学院施毅教授、邱浩副教授团队成功破解这一难题，研发出一款面向侵入式脑机接口的高能效无线能量接收芯片，多项核心性能指标刷新国际纪录。

作为连接大脑与外部设备的关键载体，侵入式脑机接口在神经修复、运动功能重建等医疗领域有着不可替代的作用，但植入人体的特殊场景，对其供能系统提出了极高要求。一方面，受生物安全性和密闭生理环境限制，设备无法通过物理导线供电，无线供能成为唯 一选择；另一方面，紧凑的封装结构导致散热困难，芯片功耗产生的热量若无法及时散发，不仅会影响电路性能，还可能损伤周围神经组织、导致器件失效。

“单级可调压双输出整流技术是适配侵入式场景的理想供能方案，但传统技术存在诸多短板。”团队相关负责人介绍，传统方案长期面临三大瓶颈：采用时分复用或半波整流模式，有效充电窗口狭窄，导致输出功率和转换效率偏低；多路输出难以实现独立精准稳压，纹波易超标；依赖PMOS有源二极管，器件损耗较大，易引发局部发热，影响系统可靠性。因此，提升能量转换效率、降低热耗散，成为该领域的核心研发方向。

针对这些行业痛点，研究团队经过长期攻关，创新提出新型高效率单级双输出稳压整流器拓扑，实现了两大关键突破。不同于传统时分复用模式，该拓扑可在单个半周期内同时为双输出充电，大幅拓宽能量收集窗口，显著提升负载功率、供电电压质量及能量转换效率；同时，创新的自适应电荷分配模式，能根据负载实时状态优化多输出端电荷分配，有效缓解负载失衡问题，拓宽额定输出电流范围，进一步提升电路的稳定性与适应性。

经实测验证，这款采用0.18μm CMOS工艺流片的芯片表现亮眼：在稳态工况下，峰值能量转换效率达92.2%，峰值负载功率达131mW，双输出电压分别稳定在3.3V和1.6V，最大纹波电压控制在50mV和75mV；即便在15倍大负载切换场景下，也能实现高速响应，且有效避免双输出之间的耦合干扰，多项指标均达到国际领先水平。

据了解，该研究得到国 家自然科学基金重点项目、首批海外优青项目等国 家级项目资助，以及相关教育部工程中心、交叉研究中心的平台支持。