用于视觉假体的低功耗神经刺激器设计

发布时间：2020-05-21 22:18

【摘要】：在这个主要靠眼睛去获取信息的时代,失明给人们生活的方方面面都带来了巨大的阻碍,而且医疗负担的增加和生产力的下降会造成巨大的社会成本。随着各个学科的发展与进步,神经修复技术使人们看到了恢复盲人视觉功能的希望,使得视觉假体成为国内外的研究热点。本文提出了一种视神经刺激器结构,完成了模拟电路的设计并进行仿真,对部分电路的版图进行设计和后仿。本文设计的视神经刺激器包括刺激电流产生电路、电荷平衡电路和电极监控电路三部分,结合了衬底驱动技术,将电源电压降低为0.9V以实现低功耗设计。刺激电流产生电路中的DAC电路采用了分段式电流型结构,实现了高匹配度与芯片面积的折中,改进了传统正负电流产生电路的结构,以便于在低电压下使用。基于SMIC 0.18μm工艺库对电路进行设计和仿真,结果表明刺激电流产生电路可以产生符合设计要求的正负双向刺激电流,电流脉冲的脉宽和幅值可控。DAC电路的功耗为0.12mW,刺激电流产生电路的整体功耗约为1.9mW。电荷平衡电路中采用无静态功耗的两级动态比较器,正确实现了电荷堆积状态的判断。电极监控电路中的SAR ADC电路采用了一种低耗能的DAC电容网络开关方式,与传统结构开关方式相比,DAC电容网络消耗的开关能量减少了93.74%,仿真结果表明在输入频率为53.906kHz,采样频率200kHz的情况下,SNDR为49.51 dB,SFDR为61.29dB,有效位数为7.93bit,功耗仅为20nW。
【图文】：

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出现了不少方便盲人生活的设备。公司自主研发了一款 Meta 导盲机器人[2]，这款盲人行走，甚至可以帮助盲人社交；还有牛津发的天使眼眼镜等等[1]。这些设备的原理大化成语音，并不能让盲人直观的感受到周围的复技术[2]已经让成千上万的失聪患者能够听到修复系统的发展提供了令人信服的理由，使得上的一个位置进行电刺激，，使严重失明的人恢是基于这种概念实现的。很多研究小组已经在初级视觉皮层(VI)在内的视觉区域进行了刺激，即使用电极组对视觉系统进行电刺激，生成来捕捉盲人面前的视觉场景，图像信息将被转成可被受试者用于阅读和辨认物体的视觉场景皮层假体的概念图。

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西安理工大学工程硕士专业学位论文视觉假体的概念已经广泛的应用于临床试验，还有很多前的视觉假体已经能够帮助盲人恢复辨别物体的视觉能立生活这一理想中的目标还有很长的路要走，这就需要盲人恢复光明而努力。的研究现状通路如图 1-2 所示。眼球驱光系统收集外界的光信号到网膜色素上皮细胞将光信号转换成生物信号[3]。这些生和提取被转换成一系列动作电位[4]，并通过视神经传递行处理并传达到更高级的脑皮层中。视觉通路上任意一我们根据在视觉通路的不同位置植入电极将视觉假体分视皮层假体和视神经假体，下面将按照这种分类方式对
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH77

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