طراحي يك تحريك¬كننده عصبي قابل كاشت در بدن

دكتري

در اين رساله دو قسمت از ساختار بخش داخلي يك سيستم قابل كاشت در بدن طراحي و شبيه‌سازي شده است. در طراحي قسمت اول، دو دمدولاتور ديجيتال BPSK و DPSK ناهمدوس مبتني بر تغيير فاز و در طراحي قسمت دوم، يك تحريك‌كننده عصبي با حداكثر جريان تحريك 2 ميلي‌آمپر شبيه‌سازي شده است. در طراحي دمدولاتورها، سيگنال مدوله¬شده ابتدا وارد يك مدار اشميت¬تريگر شده تا پردازش سيگنال بر روي سيگنال مدوله¬شده ديجيتال صورت گيرد. با استفاده از يك طبقه توليدكننده پالس ديجيتال تفاضلي به نام كليپر، سيگنالي مشابه سيگنال يك نوسان¬ساز توليد شده، كه به علت دوبرابر بودن اين فركانس وارد يك مدار مقسم فركانسي با ضريب 2 شده و پس از آن با ضرب در سيگنال مدوله¬شده ديجيتال و در نهايت با عبور از يك فيلتر ديجيتال اطلاعات اصلي بازگشايي خواهد شد. در اين طراحي فركانس سيگنال حامل و نرخ اطلاعات به‌ترتيب برابر10 مگاهرتز و 10 مگابيت بر ثانيه است. توان مصرفي دو مدولاتور BPSK و DPSK به‌ترتيب برابر 14 و 64 ميكرووات و مساحت اشغالي فعال آن‌ها به‌ترتيب برابر 32 ميكرومتر در 35 ميكرومتر و 68 ميكرومتر در 70 ميكرومتر است. در طراحي تحريك¬كننده عصبي حالت جريان ابتدا جريان مرجع توسط مدار مرجع توليد شده و وارد مدار كنترل بهره جريان مي-شود. سپس اين جريان وارد يك مبدل ديجيتال به آنالوگ 5 بيتي حالت جريان شده تا دقت قابل ملاحظه¬اي براي جريان آن به¬دست آيد. اين جريان وارد يك مدار آينه جريان با امپدانس بالا شده تا برابري بار در حالت كاتديك و آنديك را به مقدار قابل قبولي تضمين كند. سپس يك راه¬¬انداز با ولتاژ بالا كه به صورت پل H طراحي شده، جريان تحريك را توسط الكترودها به بافت بدن خواهند رساند. كليه طراحي در اين رساله در تكنولوژي 180 نانومتر CMOS ولتاژپايين (8/1 ولت) پياده¬سازي شده است كه داراي يك لايه پلي‌سيليكون و 6 لايه فلز است. ولتاژ تغذيه تحريك¬كننده عصبي 4 برابر ولتاژ تكنولوژي (2/7 ولت) در نظر گرفته شده است. خروجي مدار كنترل بهره جريان 1 تا 8 ميكروآمپر است كه بعد از عبور از مبدل ديجيتال به آنالوگ حالت جريان در دو حالت به بيشترين مقدار 248 ميكروآمپر و 2 ميلي-آمپر خواهد رسيد كه به تبع آن مي¬تواند به ترتيب براي كنترل بيماري صرع و كنترل عضلاني به كار گرفته شود. مقدار توان مصرفي تحريك‌كننده پيشنهادي برابر با 60 ميكرووات و مساحت ناحيه فعال آن برابر با 600 ميكرومتر در 600 ميكرومتر است. مقدار خطاي بار ايجادشده در دو فاز آنديك و كاتديك برابر با 14/0 درصد است.

195728

دانشگاه علم و صنعت ايران

محمدعظيم كرمي

مهندسي برق-الكترونيك

عباس عرفانيان اميدوار