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dc.creatorTeixeira, Lucas
dc.date.accessioned2016-03-30
dc.date.available2016-03-30
dc.date.issued2015-06-12
dc.identifier.citationTEIXEIRA, Lucas. DESIGN OF INTEGRATED CIRCUITS FOR CHARGE BALANCING AND RESIDUAL VOLTAGE REDUCTION IN NEURAL STIMULATION. 2015. 87 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Universidade Federal de Santa Maria, Santa Maria, 2015.por
dc.identifier.urihttp://repositorio.ufsm.br/handle/1/5453
dc.description.abstractThe Electrical Functional Stimulation (EFS) allows the direct connection between man and machine through electrical signals. The last years growth in EFS is possible because of the new technological resources that make it feasible. Restoring someone s vision or hearing, even parcially, is one among several contribution that EFS may contribute to human s well-being. However the interface between the electrical circuits and the tissue is sensitive to several factors. Among several effects that may damage the tissue and electrode in EFS we can find those caused by the electrical stimuli, this may harm the application. This work presents contributions regarding electrical circuits topologies for safety stimuli in EFS. It is essential to ensure proper electrical charge balance and a small residual voltage on the tissue-electrode interface. For each of these problems one proposal is presented, both share circuit blocks. The blocks to control intensity and polarity of stimuli are designed to avoid the integration of high voltage devices. The current mode stimuli is generated using an ultra-low power charge redistribution Digital to Analog Converter (DAC) for stimulus intensity definition. This DAC architecture even simplifies the feedback mechanism that is obtained directly from measurement circuit. The technic that uses only low voltage devices to measure electrodes current is presented, it is suitable to implement the charge balance control in an integrated circuit. This measurement technique is insensitive to capacitors mismatch and to the current measurement absolute ratio. That control is possible through the a simplified feedback path that joins the controller and the measurement in an efficient way acting directly in the DAC. The proposed residual voltage control technique requires only passive elements to be added to the circuit, that suggest a lower power consumption. The charge redistribution DAC keeps residual voltage information stored, in order to compensate it in next stimulation cycles. The stimulation cycle polarity is explored, alternated cathodic and anodic-first cycles are used in order to reduce the charge imbalance and residual voltage. Both proposals are presented and validated with electrical simulation, known metrics are used and the performance is equivalent to state-of-art in literature.eng
dc.formatapplication/pdfpor
dc.languageporpor
dc.publisherUniversidade Federal de Santa Mariapor
dc.rightsAcesso Abertopor
dc.subjectNeuroestimulaçãopor
dc.subjectEstimulação elétrica funcional - EFSpor
dc.subjectCircuito integradopor
dc.subjectBalanceamento de cargapor
dc.subjectControle de tensão residualpor
dc.subjectElectrical functional stimulationeng
dc.subjectNeurostimulationeng
dc.subjectIntegrated circuiteng
dc.subjectCharge balanceeng
dc.subjectResidual voltage controleng
dc.titleProjeto de circuitos integrados para balanço de carga e redução da tensão residual em estimulação neuralpor
dc.title.alternativeDesign of integrated circuits for charge balancing and residual voltage reduction in neural stimulationeng
dc.typeDissertaçãopor
dc.description.resumoA estimulação elétrica funcional(EFS) faz a interface direta entre o homem e a máquina, por meio de sinais elétricos. A viabilidade advinda de novas tecnologias justifica o seu crescimento nos últimos anos. Restaurar a visão ou a audição, mesmo que parcialmente, são duas das inúmeras contribuições que pode proporcionar para o bem estar do ser humano. No entanto, a interface entre o circuito elétrico e o tecido é sensível a diversos fatores. Entre os diversos fenômenos que podem ocasionar danos ao tecido e ao eletrodo na interface de EFS estão os causados pelo estímulo elétrico usado, e isso pode inviabilizar a aplicação. Neste sentido, este trabalho apresenta contribuições relacionadas à topologia de circuitos para segurança na geração do estímulo em EFS. O correto balanceamento de carga elétrica e a diminuição da tensão residual, na interface entre o tecido e o eletrodo, são indispensáveis. Uma técnica é propostas para a solução de cada um desses problemas, ambas compartilham blocos de circuito comuns. O controle da intensidade e da polaridade de estimulação são concebidos para evitar a necessidade de dispositivos de alta tensão. A geração de estímulos em modo corrente utiliza um Conversor Digital para Analógico (DAC) do tipo redistribuição de carga de ultra baixo consumo de energia para o controle da intensidade dos pulsos. Esse conversor ainda simplifica a realimentação, que é derivada diretamente do circuito de medição. Como solução para viabilizar a implementação em circuito integrado de controle do desbalanço de carga, uma técnica de medição usando somente dispositivos de baixa tensão é apresentada. Essa técnica é tolerante ao descasamento entre capacitores utilizados e à variação no ganho do circuito de medição de corrente. O controle é possível por meio de um laço de realimentação simplificado, que une medição e controle de forma eficiente e atua direto no DAC. A técnica proposta para controle da tensão residual nos eletrodos requer somente adição de elementos passivos ao circuito, sugerindo a redução do consumo de energia. O DAC tipo redistribuição de carga é usado para armazenar a informação da tensão residual e a compensação no ciclo seguinte. A fase dos ciclos de estimulaçãotambém é explorada, ciclos com fases alternadas são usados visando redução no desbalanço de carga e tensão residual. As duas propostas são apresentadas e validadas por meio da simulação elétrica, métricas conhecidas são utilizadas e o desempenho observado é equivalente ao estado da arte.por
dc.contributor.advisor1Prior, Cesar Augusto
dc.contributor.advisor1Latteshttp://buscatextual.cnpq.br/buscatextual/visualizacv.do?id=K4782629Y9por
dc.contributor.referee1Aita, André Luiz
dc.contributor.referee1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1940130702621909por
dc.contributor.referee2Sousa, Fernando Rangel de
dc.contributor.referee2Latteshttp://lattes.cnpq.br/9092018794878372por
dc.creator.Latteshttp://lattes.cnpq.br/1182419403152450por
dc.publisher.countryBRpor
dc.publisher.departmentCiência da Computaçãopor
dc.publisher.initialsUFSMpor
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Informáticapor
dc.subject.cnpqCNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOpor


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