طراحی و شبیه‌سازی بخش کنترل‌کننده‌ی دیجیتال یک تراشه‌ی تحریک عصبی برای یک ایمپلنت مغزی

در این مقاله، طراحی و شبیه­سازی یک کنترل کننده‌ی دیجیتال برای استفاده در یک سیستم تحریک الکتریکی قابل کاشت در مغز ارائه شده است. کنترل کننده‌ی دیجیتال ارائه شده در این مقاله، دارای قابلیت تولید پالس­های تحریک مربعی با امکان برنامه­ریزی مقادیر عرض پالس، دامنه‌ی پالس، تک فازی یا دو فازی بودن و تقدم فاز کاتدی بر آندی یا برعکس (در صورت دو­­­­­‌‌‌‌‌ فازی بودن آن) می‌باشد. هم‌چنین، در این سیستم امکان کنترل 16 سایت تحریک و تحریک 4 تا از آن‌ها به طور هم‌زمان فراهم شده است. عرض پالس­های تحریک، بین 4 میکروثانیه تا 4 میلی‌ثانیه و فاصله‌ی میان دو فاز، بین 4 تا 512 میکروثانیه قابل برنامه­ریزی است. هم‌چنین، دامنه‌ی پالس­ها می­تواند مقادیری بین 4 میکروآمپر تا 1 میلی‌آمپر را اختیار کند. کنترل هر 4 سایت از 16 سایت موجود، توسط یک واحد تحریک کننده‌ی محلی (LDC) صورت می­گیرد که داده­های خود را از واحد کنترل کننده‌ی سراسری (GDC) دریافت می­نماید. صحت عمل‌کرد کدهای VHDL مدار طراحی شده، ابتدا روی یک برد FPGA بررسی و سپس تراشه‌ی ASIC آن با تکنولوژی CMOS 18/0 میکرومتر جانمایی گشته است. ابعاد هر یک از بخش­های تحریک کننده‌ی محلی در تراشه‌ی طراحی شده برابر با 160/19 میکرومترمربع و ابعاد بخش تحریک کننده‌ی سراسری برابر با 246/4 میکرومترمربع می­باشد. هم‌چنین توان مصرفی بخش­های کنترل کننده­های محلی و سراسری به ترتیب برابر 12 و 2/8 میکرووات می‌باشد. به منظور سهولت در ارسال پارامترهای سیگنال­های تحریک توسط کاربر، یک واسط گرافیکی در محیط نرم‌افزار MATLAB طراحی شده است، که با ارسال متناوب دستور تولید پالس توسط آن، می­توان فرکانس پالس­ها و یا تعداد و فاصله‌ی آن‌ها را در یک قطار پالس تحریکی برنامه­ریزی کرد.