طراحی یک تقویت کننده کم نویز کم توان برای ضبط بیسیم چند کاناله سیگنالهای عصبی
چکیده
پروتزهای عصبی مانند شبیه ساز عمیق مغز و یا کاشت حلزونی گوش، نوید یک آینده روشن و یک بهبود اساسی در کیفیت زندگی افراد دارای اختلالات عصبی حاد را می دهد. نتایج بسیار چشم گیری مانند کاهش رعشه در بیماران مبتلا به پارکینسون و بازگشت شنوایی به افراد ناشنوا، با استفاده از این تکنولوژیهای ساده و کارآمد بدست آمده است و راه را برای پیشرفتهای بیشتر در زمینه ساخت پروتزهای قابل کاشت در بدن، برای تشخیص، مقابله و درمان بسیاری ناهنجاریها و ناتوانی هایی از این دست هموار کرده است. مغز انسان و سیستم اعصاب مرکزی، برای مدت زمان بسیار طولانی مورد مطالعه بوده و توجه زیادی را به خود جلب نموده است. کارهای بسیار زیادی وجود دارد که این ماشینهای بیجان (کامپیوترها) تاب مقابله و رقابت با مغز انسان در انجام و حل آنها ندارند. مغز از نظر توان مصرفی برای انجام محاسباتی بسیار بهینه عمل می نماید، توان مصرفی مغز در حدود 12 وات می باشد که در مقایسه با پردازشگرهای امروزی که توانی بیش از 50 وات مصرف می نمایند بسیار بهینه تر می-باشد. مغز آنقدر پیچیده است که فهم بهتر عملکرد آن به مشارکت بسیاری از شاخه های مهندسی نیاز دارد. در سالهای اخیر اختراع میکروالکترودهای آرایه ای، به محققان این امکان را داده است تا شروع به فهم نحوه پردازش اطلاعات توسط مغز نمایند. این میکرو الکترودهای آرایه ای امکان ضبط طولانی مدت فعالیتهای عصبی را، از چندین نرون به صورت همزمان در اختیار پژوهشگران قرار داده اند. یک سیستم ایده آل که بتواند به منظور ضبط طولانی مدت سیگنالهای عصبی مورد استفاده قرار گیرد، باید قابل کاشت در بدن بوده و قابلیت و توانایی تقویت سیگنالهای عصبی و ارسال آنها به خارج از بدن را نیز داشته باشد. در این پایان نامه یک تقویت کننده عملیاتی میان گذر با توان مصرفی و نویز بسیار کم معرفی شده است. این تقویت کننده برای کاربردهای پزشکی به خصوص در سیستمهای ضبط سیگنالهای عصبی که در داخل بدن کاشته می شوند، قابل استفاده است. از ویژگی های این تقویت کننده می-توان به پهنای باند قابل تنظیم آن اشاره نمود به طوری که فرکانس قطع پایین از hz 04/0 تا hz 1/26 و فرکانس قطع بالا آن نیز از khz 2/4 تا khz 3/7 قابل برنامه ریزی می باشد. این ویژگی به ما این امکان را می دهد تا اولاً خطاهای مجاز هنگام ساخت را برطرف نماییم و ثانیاً باتوجه به کاربرد میزان نویز ورودی به تقویت کننده را با محدود نمودن پهنای باند ورودی به حداقل برسانیم. این تقویت کننده توسط تکنولوژی سی ماس µm 18/0 پیاده سازی شده است و با استفاده از یک منبع تغذیه 8/1 ولت و توان مصرفی nw 2/88 قادر است بهره ای برابر با db 92/53 ایجاد نماید. نتایج حاصل از شبیه سازی نشان می دهد که میزان نویز منتسب به ورودی (irn) این تقویت کننده µvrms 33 می باشد که باتوجه به توان مصرفی این تقویت کننده، ضریب بهره وری نویز (nef)، 04/3 به دست می آید. مساحت سیلیکون اشغال شده توسط این تقویت کننده mm2 0044/0 می باشد که در مقایسه با سایر کارهای انجام شده تا کنون فضای بسیار کمتری را اشغال نموده است. این تقویت-کننده در مقایسه با کارهای انجام شده تاکنون علاوه بر دارا بودن ضریب بهره وری نویز قابل قبول از بهره بسیار بالاتر و توان مصرفی بسیار پایینتری برخوردار است.