طراحی و شبیه‌سازی بخش‌های بازیابی داده و توان القایی برای یک سیستم تحریک الکتریکی مورد استفاده در یک ایمپلنت مغزی

Abstract

امروزه استفاده از ریزسامانه‌های قابل کاشت، برای شناسایی دقیق‌تر عمل‌کرد مغز و تعامل نورون‌ها با یک‌دیگر، بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این ریزسامانه‌ها، با بهره‌گیری از الکترودهایی با ابعادی در حدود اندازه‌ی یک نورون، قادر هستند تا عمل ثبت فعالیت یا تحریک یک نورون را با قدرت تفکیک بسیار بالایی انجام دهند. طراحی ریزسامانه‌های قابل کاشت تحریک الکتریکی، با چالش‌های بسیاری روبه‌رو است که از آن جمله می‌توان به نحوه‌ی بازیابی توان با بازده بالا و بازیابی داده­های ارسالی با دقت بالا، اشاره کرد. در این مقاله، یک ساختار جدید برای بلوک بازیابی توان در یک ریزسامانه‌ی تحریک الکتریکی مغز، ارائه شده است. در ریزسامانه‌ی تحریک الکتریکی مورد نظر در این مقاله، لازم است تا دو سطح ولتاژ‌ متفاوت تولید شود. ولتاژ اول، سطح پایین‌تری (8/1 وات) داشته و به عنوان منبع تغذیه‌ی مدارهای داخلی (مانند مدارهای دیجیتال)، مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای تولید این ولتاژ، از یک یک‌سوساز فعال استفاده شده است که با دریافت ولتاژ ورودی ۳ ولت، بازده توان 89% و افت ولتاژ ۱۵۰ میلی‌ولت را دارد. ولتاژ دوم، که سطح بالاتری داشته و متغیر می‌باشد، توان لازم برای منابع جریان تحریک‌کننده را تامین می‌کند. برای تولید این ولتاژ، از یک یک‌سوساز فعال کنترل شونده با فاز، استفاده می‌شود که ولتاژ خروجی آن، متناسب با میزان جریان تحریک، در بازه‌ی ۸/۱ تا 5/2 ولت تغییر کرده و از این طریق، اتلاف توان در منابع جریان تحریک را کاهش و بازده سیستم تحریک را در مواردی تا حدود ۵۰% افزایش می‌دهد. هم‌چنین در این مقاله، یک مدار دمدولاتور دامنه، جهت بازیابی داده‌های ارسالی از خارج بدن و یک مدار برای بازیابی پالس ساعت مورد نیاز برای عمل‌کرد ریزسامانه‌ی تحریکی، طراحی شده و نتایج شبیه‌سازی آن‌ها ارائه شده است. مدار دمدولاتور داده، قادر است تا داده‌ها را از ولتاژ ورودی با دامنه‌ی ۳ تا ۵ ولت و با ضریب مدولاسیون متغیر بین ۵ تا ۲۵ درصد، استخراج کند.