Projeto de circuitos integrados para balanço de carga e redução da tensão residual em estimulação neural
Resumo
A 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.